[發明專利]觸發式測頭軸向預行程的標定方法

有效

• 申請號: 201310576660.X
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103659467A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 高峰;趙柏涵;李艷;全杜峰
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B23Q17/20
• 分類號: B23Q17/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于在機測量方法技術領域，具體涉及一種在機測量用觸發式測頭軸向預行程的標定方法。

背景技術

在機測量技術依托數控機床的運動控制及位置檢測功能，在工件的加工位置上對其幾何特征、相對位置進行測量，可用于工件坐標系的自動建立或調整、工件加工精度的實時檢測及在線質量控制等工藝過程，是實現產品制造過程自動化、智能化、高速化、高精度化的有效途徑。由于避免了工件在機床與檢測設備之間的搬運，該技術有效克服了工藝基準不重合造成的制造誤差，減小了不必要時間和物質消耗，減輕了勞動強度，提高了生產力。

觸發式測頭是在機測量系統的關鍵組成，參見圖1。測量時，測頭在數控機床的帶動下向工件運動，當探針1接觸到工件后，生成觸發信號，數控系統響應觸發信號，記錄下該測點在機床坐標系下的位置。如此按工藝要求測量多個測點，對坐標數據進行處理，生成檢測報告。通常，三維觸發式測頭可被觸發的方向包括XY平面內任意方向（徑向）及+Z方向（軸向）。

觸發式測頭測量工作時序如圖2所示。T₁時刻為測頭探針測球與被測工件接觸的時刻，T₂測頭發出觸發信號的時刻，T₃為數控系統響應觸發信號時刻；T₁至T₃時段內測頭與被測工件的相對位移量即為測頭的預行程。相關研究表明，由于數控系統記錄的測點位置與探針和被測工件的實際接觸位置存在偏差（即預行程）而造成測量誤差，占在機測量總體誤差中的比重高達60%以上。補償是減小測頭預行程影響測量精度的有效手段，而準確進行預行程的標定，是保證補償精度的必要前提。

受測頭觸發機構的結構特性的影響，在不同觸發方向上，測頭的預行程并不一致。因此準確的補償應具體的沿不同方向進行。測頭的軸向預行程與沿其他方向的預行程有很大差別。如圖3所示，沿測頭軸向（Z向）測量，多用于確定工件的加工余量及切削深度，測量結果直接決定了工件的切削工藝參數的選取和最終的加工精度。因此，在測量前必須準確標定測頭的軸向預行程。

目前，對于測頭的軸向預行程，能實現定值標定的方法很少：

一是借助獨立標定設備（下稱獨立法）。將測頭安裝在具備運動控制、接觸狀態監測、觸發信號識別及位移量測量的設備上，模擬觸發式測頭的觸發測量過程，標定其預行程。

考慮到測頭的預行程會受到測量工況的明顯影響，標定不應獨立于機床運行環境。而獨立法的標定工況與測頭的實際測量工況有較大差別，因此其標定結果并不能準確反映測頭測量時的預行程；此外，獨立法以測頭發出觸發信號的時刻代替實際測量時數控記錄位置坐標的時刻作為預行程的核算基準，使得該法存在原理誤差；第三，獨立標定設備造價高昂，操作繁瑣，工程適應性差。

二是作用半徑法?？紤]到探針測球半徑對測量的影響，進行數據處理時通常需要進行半徑補償。由于測頭存在預行程，實際測量時以探針測球公稱半徑進行補償是不準確的。在標準球球面上觸測若干個測點，計算出標準球的測量半徑，其與標準球公稱半徑的差值即為包含測頭預行程的探針測球作用半徑，以此進行補償，可以在一定程度上減小預行程對測量結果的影響。作用半徑法以各個方向上預行程的等效平均值代替實際的預行程，均化了誤差。然而，觸發式測頭在各個方向上的預行程并不相同，甚至有較大差別，這種以平均誤差進行補償的思想，并不適用于沿軸向測量的場合，難以有效提高測量精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種觸發式測頭軸向預行程的標定方法，解決現有技術存在的標定精度低的問題。

本發明的技術方案為，觸發式測頭軸向預行程的標定方法，采用標準球作為標定用具，在標準球某截圓上觸測沿圓周均勻分布的若干個點，并用最小二乘法對各測點坐標值進行圓擬合運算，得到被測截圓的半徑及圓心坐標；然后測量被測截圓與球頂之間的距離；最后，結合標準球公稱半徑和探針測球半徑，算出觸發式測頭軸向預行程。

本發明的特點還在于，具體包括以下步驟：

第一步：將標準球吸附在數控機床工作臺上，保證觸發式測頭在其行程范圍內能夠準確、安全的觸測標準球；

第二步：調節數控機床在X軸、Y軸和Z軸方向的位置，將觸發式測頭探針定位在標準球某圓周處并進行試觸測，記錄觸發時的Z軸坐標Z₁；

第三步：在數控機床的帶動下，通過X軸、Y軸插補運動，在標準球的待測截圓上觸測均勻分布的若干個點，記錄下每個測點的位置坐標（X_i、Y_i）；