[發(fā)明專利]面向自由曲面的接觸式測量誤差補(bǔ)償方法及補(bǔ)償系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310342502.8
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN103481122A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳石;王正春;王義文;劉獻(xiàn)禮;劉立佳
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q17/20
• 分類號(hào): B23Q17/20
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所 23118
• 代理人: 陳曉光

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種面向自由曲面的接觸式測量誤差補(bǔ)償方法及補(bǔ)償系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)加工提出越來越高的精度要求，傳統(tǒng)的測量方式一般是離線測量，即在加工中心加工完成后，卸下工件，放在三坐標(biāo)測量機(jī)或者其他檢測設(shè)備上進(jìn)行檢測。對(duì)于小型工件，離線測量搬運(yùn)比較方便，但檢測完成后，如果不合格還需要重新裝在加工中心上進(jìn)行二次修整加工，這樣就會(huì)造成二次裝卡誤差。對(duì)于大型工件，不僅會(huì)造成二次裝卡誤差，而且搬運(yùn)不方便，浪費(fèi)工時(shí)。由此，在線測量變得尤為重要。

在機(jī)測量一般使用的是接觸式測頭，測頭頂端是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的球體。測量時(shí)測頭與工件表面接觸，測針產(chǎn)生偏移觸發(fā)測頭內(nèi)部信號(hào)，信號(hào)接收器收到信號(hào)后，配合機(jī)床等設(shè)備記錄出測頭的坐標(biāo)位置，將坐標(biāo)儲(chǔ)存在機(jī)床內(nèi)存里，測量完成后將數(shù)據(jù)傳輸回軟件。與工件接觸的測頭部分是測針頂部的球形外表面，一般這個(gè)頂端球是一個(gè)半徑固定的標(biāo)準(zhǔn)球。由于測頭的特性，決定了記錄的數(shù)值只能是測頭球心的坐標(biāo)，在測量水平面時(shí)，此時(shí)只需要在某方向加上減去測頭的球心半徑即可，如圖2所示。而進(jìn)行自由曲面測量時(shí)，由于測針頂端球有一定的半徑，會(huì)造成待測點(diǎn)附近的其他點(diǎn)先接觸到測針的頂端球，如圖3所示，圖3中二維曲線表示曲面，該接觸位置放大效果如圖4所示。此時(shí)以點(diǎn)為引導(dǎo)點(diǎn)進(jìn)行測量，測頭頂端與曲面上的理論測量點(diǎn)首先接觸，測頭由于壓力產(chǎn)生信號(hào)，記錄了此時(shí)測頭球心的位置坐標(biāo)，如果這時(shí)在垂直方向單純地增加或減去一個(gè)球心半徑值作為補(bǔ)償，顯然針對(duì)點(diǎn)的測量誤差較大。

一般情況下，工件實(shí)體存在著加工誤差等，工件理論模型的理論測量點(diǎn)和實(shí)際測量點(diǎn)不重合。本發(fā)明主要針對(duì)測頭球心半徑補(bǔ)償、理論測量點(diǎn)和實(shí)際測量點(diǎn)不重合等問題，提出了一種面向自由曲面接觸式測量的加工誤差補(bǔ)償方法。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種面向自由曲面的接觸式測量誤差補(bǔ)償方法及補(bǔ)償系統(tǒng)。

上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種面向自由曲面的接觸式測量誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其組成包括:?紅寶石測頭，所述的紅寶石測頭與陶瓷測桿連接，所述的陶瓷測桿與壓力傳感器連接，所述的壓力傳感器與信號(hào)發(fā)射器連接，所述的壓力傳感器與刀柄連接，所述的刀柄與三軸機(jī)床連接，所述的信號(hào)發(fā)射器與信號(hào)接收器通過無線信號(hào)連接，所述的信號(hào)接收器安裝在所述的三軸機(jī)床上，所述的信號(hào)接收器與所述的三軸機(jī)床的JA40接口電連接，所述的三軸機(jī)床與電腦主機(jī)電連接。

一種面向自由曲面的接觸式測量誤差補(bǔ)償系統(tǒng)的補(bǔ)償方法，

（1）二維曲面加工誤差補(bǔ)償方法：

對(duì)于二維曲線表示的曲面，首先選擇一個(gè)測量引導(dǎo)點(diǎn)，引導(dǎo)點(diǎn)在模型中的作用是利用引導(dǎo)點(diǎn)的Z軸與偏置面相交得到理論測量點(diǎn)的測頭球心；在實(shí)際測量中，引導(dǎo)紅寶石側(cè)頭在實(shí)際工件上尋找相應(yīng)的模型上的匹配點(diǎn)進(jìn)行測量；

然后用對(duì)工件理想曲面δ進(jìn)行偏移，得到測頭球心的偏移曲面，此時(shí)偏移面和引導(dǎo)點(diǎn)的垂直方向有個(gè)交點(diǎn)（，，），也就是理論測頭球心，點(diǎn)為理論測量點(diǎn)，如果是理想工件，實(shí)際測量點(diǎn)和理論測量點(diǎn)重合。引導(dǎo)點(diǎn)的坐標(biāo)（，，）從工件理論模型中讀取，如果理論測量點(diǎn)點(diǎn)的法線方向，對(duì)于二維曲線表示的曲面，則理論測量點(diǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)（，，）為：

?????????（1）

在實(shí)際測量中，由于加工中存在各種誤差因素的影響，理論模型上的理論測量點(diǎn)和實(shí)際工件上測得的測量點(diǎn)不完全重合；為工件的實(shí)際加工曲面，為工件的實(shí)際偏移曲面；

記實(shí)際測頭球心（，，），在對(duì)距離點(diǎn)的方向正負(fù)方向0.5mm各取一個(gè)點(diǎn)、，此時(shí)過點(diǎn)的垂直方向與軸的夾角為：

????????????????????????????（2）

經(jīng)過實(shí)際測頭球心的實(shí)際偏置曲面的垂線與實(shí)際加工曲線相交與點(diǎn)，（，，）為實(shí)際測量點(diǎn)，其坐標(biāo)如下：

???????????????????（3）

這樣實(shí)際測量點(diǎn)和理論測量點(diǎn)誤差為：

????????????????（4）

現(xiàn)將這種利用實(shí)際測頭球心、理論測頭球心，以及過實(shí)際測頭球心的實(shí)際偏置曲面的垂線與軸夾角對(duì)實(shí)際測量點(diǎn)進(jìn)行修正的方法對(duì)推廣到三維自由曲面的接觸測量補(bǔ)償。

（2）三維曲面加工誤差補(bǔ)償方法：