[發明專利]在車床上進行工件尺寸在線測量的方法

有效

• 申請號: 201310606516.6
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103692292A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 王曉兵;楊建華;趙凱;熊大成
• 申請（專利權）人: 湖北三江航天險峰電子信息有限公司
• 主分類號: B23Q17/20
• 分類號: B23Q17/20
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明涉及車床加工中的在線檢測領域，具體涉及一種在車床上進行工件尺寸在線檢測的方法，適用于外表面和/或內壁面的截面為斜線或曲面的零件的在線檢測標定誤差和測量誤差消除。

背景技術

在車床車削加工中，對于截面為斜線或曲面的回轉體零件，在進行在線檢測時，通常按如圖1所示的方式進行，將截面為斜線或曲線圓弧線的工件直徑理論值D轉換成測頭在該點檢測的理論值D1，進行X或Z方向的檢測，數控系統只進行測頭在該點檢測的實際值與理論值D1比較，記錄誤差。

以上方案在工藝試驗和生產中存在如下問題：在與Z軸的斜度或曲線曲率角比較小時，檢測精度較高，當斜度和曲線曲率角較大時，檢測精度較低，誤差往往超過0.2以上。

實際上，機床測頭從某種意義上講，是一個重復精度很高的觸發開關，為保證其工作的穩定性，測球接觸工件后要經過一段微小的距離才能發出信號，這段位移如不加以補償會帶來測量誤差。并且測頭發出接觸信號后，要經過接口處理，然后再送到數控系統進行處理，這些處理過程總需要一定的時間，信號處理的延時也可能帶來一定的測量誤差。

鑒于上述原因，要使用測頭得到正確的測量結果，在使用測頭前首先要對測頭進行標定，通過對測頭進行標定，將獲得測頭的有關誤差修正參數，在進行實際測量時對有關誤差進行補償，獲得滿意的測量精度。

現有技術中存在利用對測頭進行標定的方法來繼續在線檢測，比如雷尼紹公司的車床用測頭宏程序，但是，該方案中僅提供了水平和垂直方向的截面的檢測方案測量方法，即只進行了X和Z方向標定，由于測頭與工件為非法向接觸，曲面角度各自不同，測頭前端探針與檢測面觸點也會不同，曲率角度越大，測頭觸發前運動越不穩定，并且常規的標定及誤差補償方法都是以測頭探針球面觸點進行換算的，因此需要對不同角度偏移造成的誤差進行換算，該誤差的計算方法比較復雜，難以快速準確地得到測量結果。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種截面為斜線或曲線的車削回轉體零件的在線測量方法，通過標定球標定獲得測頭的過沖誤差，并通過以測球中心作為測算基礎點，從而解決難于各種不同角度的測量以及測量誤差換算復雜的問題。

實現本發明的目的所采用的具體技術方案：

一種在車床上進行工件尺寸在線測量的方法，利用車床測頭觸碰工件外表面或內壁面以精確測量其尺寸，其特征在于，該方法包括標定步驟和利用該標定步驟得到的準確測頭中心位置和過沖誤差進行實際測量的步驟，其中，所述標定步驟包括：

（1）首先建立標定工裝，其中標定球或標定凹弧設置在一端；

（2）以標定工裝球心建立坐標系，以車床測頭測球X和Z方向的極限邊緣對刀輸入X和Z方向刀具偏置長度，然后換算為測球球心的X和Z方向刀具偏置長度，從而建立測頭中心與工件零點的相對刀長，確定測球的中心零點；

（3）初步確定過沖誤差，即根據上述確定的測球中心零點，控制車床測頭分別從不同的法向方向觸碰所述標定球或標定凹弧，通過讀取的當前坐標值獲得車床測頭在各個方向上的過沖誤差δ；

（4）利用測頭觸碰標定工裝的標定面，得到標定面的讀取坐標值，再根據該標定面的法向方向對應的過沖誤差，可獲得該標定面的測量值，并根據該測量值與該標定面的理論值得到測量誤差；

（5）根據該測量誤差對步驟（2）中的X和Z刀具偏置長度進行修正，即可獲得準確的測頭中心與工件零點的相對刀長，從而完成標定。

作為本發明的改進，所述的步驟（3）和（4）可多次循環執行，以得到精確的所述測量誤差。

作為本發明的改進，所述步驟（2）中換算為測球球心X和Z方向的刀具偏置長度的具體過程為：首先，測頭從車床Z方向或X方向觸發標定工裝的標定面，得到Z方向或X方向的刀具讀取長度；然后，該讀取長度減去測球半徑值以及預設的觸發過沖誤差，即可得到測球球心的Z方向或X方向的刀具偏置長度。

作為本發明的改進，所述預設的觸發過沖誤差為0.02mm。

作為本發明的改進所述步驟（3）中的過沖誤差δ通過如下公式計算：