[發明專利]單關節臂在線原位測量方法及裝置

無效

• 申請號: 201210180746.6
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102768028A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 裘祖榮;張國雄;劉書桂;李杏華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00;G01B21/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于機械量測量技術及儀器領域，尤其涉及在線測量系統。具體講，涉及單關節臂在線原位測量系統。

背景技術

國民經濟與國防的發展對于產品的精度要求越來越高、各種形狀復雜的零件所占的比重越來越大。這些高精度復雜零件加工時間長、加工費用高，不合格品帶來的損失大。在加工工藝過程中采用適當的檢測裝置，適時地檢測加工件的各種尺寸、形狀、位置參數，對于提高加工精度，保證產品質量、防止或減少廢品，具有重要意義。

圖1是典型的加工中測量裝置示意圖。測量裝置103在工件102的加工過程中測量工件的尺寸。當工件102的尺寸接近所要求尺寸時，測量裝置103發出指令，讓機床由粗加工轉為精加工。當工件102的尺寸達到所要求尺寸時，測量裝置103發出指令，停止加工。圖1中101是機床床頭箱，104是尾架。

這種加工中測量裝置能夠有效地提高加工精度，防止產生廢品。意大利Marpose公司和我國中原量儀廠等生產這類加工中測量裝置。但是這類加工中測量裝置只能用于軸徑、孔徑、臺階高度等一些簡單參數的測量。而國民經濟與國防中需要加工許多復雜的零件，如發動機整體葉盤、齒輪、箱體等。這些零件形狀復雜，首先需要檢測的是葉片或齒面等復雜曲面的形狀，以及它們的相對位置。圖1所示加工中測量裝置顯然是無能為力的。

對于這類復雜零件，目前最常用的方法是在生產線的兩個工序間放置一些專用的、或包括三坐標測量機在內的通用測量儀器。在完成一個加工工序后對加工件進行較全面的檢測。根據檢測結果只讓在上一道工序符合要求的零件進入下一道工序。這樣做的好處是避免讓不合格的件進入下一道工序，造成工時的浪費。這種方法屬于在線檢測，它在生產線上進行檢測，但不是原位檢測，它不在加工工位上進行檢測，而是在前一臺機床上加工完后卸下，送到測量機上進行檢測。

發動機整體葉盤、大型齒輪、大型箱體等都是十分昂貴的，對于原材料要求也很高。原材料與前面已完成的工序加工費用都很高。如果因為某一道工序中某些局部參數不符合要求而報廢是十分可惜的，應當盡可能進行返修，使之成為合格件。但是目前廣泛采用的在線測量方法是在加工完畢后，將它從機床上卸下，送到測量機上進行檢測。如果發現某些局部參數不符合要求再送回原機床返修存在許多困難。一是整個工藝流程不順，二是將工件從機床上卸下后就失去了它的安裝基準，重新安裝會因基準改變帶來誤差。為了解決這兩個問題要求進行在線在位檢測。

有的數控機床和加工中心帶有檢測裝置。最簡單的是在加工完畢后，用機床上配置的測頭檢測刀具的磨損。這種方法只能發現刀具的磨損，發現不了其它加工誤差。較先進的方法是，在刀具退出后，在刀具處換上測頭，利用機床帶動測頭運動，對工件進行檢測。這種方法固然能夠發現由于刀具磨損、機床振動、由于切削力引起的變形等影響，但是從原理上說它存在問題，它不能發現由于機床運動誤差而產生的種種誤差。刀具與測頭是由同一控制系統、運動機構帶動運動，機床的運動誤差同時影響加工誤差與測量誤差。

發明內容

本發明旨在解決克服現有技術的不足，提供一種機械加工在線測量裝置，能夠檢測到刀具磨損、機床振動、由于切削力引起的變形、機床運動誤差等對加工產生的影響，為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，單關節臂在線原位測量裝置，由關節臂、測頭回轉體、測頭、z向運動部件、x向運動部件、誤差補償系統及數據處理與控制計算機、電動機組成；

關節臂采用比重小、彈性模量大的碳素纖維制作；關節臂的前端安裝有測頭回轉體，測頭安裝在測頭回轉體上，關節臂套裝在徑向與軸向運動誤差小、角擺運動誤差小的精密軸系上，套裝鎖死時，關節臂隨精密軸系轉動，套裝松開時，關節臂可以繞精密軸系轉動；

z向運動部件由精密軸系、z向滑板、導軌座組成，精密軸系上安裝有精密測角系統，在計算機控制下電動機經過減速箱帶動精密軸系轉動從而帶動關節臂轉動所需角度，精密測角系統測得轉動所需角度；精密軸系的座固定在z向滑板上，z向滑板上的兩個滑枕與z向導軌座上的精密導軌構成直線運動導軌副，z向滑板和z向導軌座上分別裝有光柵尺與讀數頭，利用光柵尺與讀數頭讀出z向滑板相對于z向導軌座的移動量，在計算機控制下，另一電動機經過其減速箱和絲杠帶動z向滑板移動到所需位置；

x向運動部件由x向滑板構成，z向導軌座固定在x向滑板上，x向滑板上的兩個滑枕與機床基座上的精密導軌構成直線運動導軌副，x向滑板和基座上分別裝有光柵尺與讀數頭，利用該光柵尺與讀數頭讀出x向滑板相對于基座的移到量；在計算機控制下，第三個電動機經過其減速箱和絲杠帶動x向滑板移動到所需位置；