[發明專利]一種數控機床動態輪廓誤差視覺測量裝置

有效

• 申請號: 201810830102.4
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109079581B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 劉巍;潘翼;李肖;王福吉;賈振元;馬建偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23Q17/22
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明一種數控機床動態輪廓誤差視覺測量裝置屬于計算機視覺測量技術領域，涉及一種利用視覺測量數控機床動態輪廓誤差的輔助配套裝置。該裝置由柔性靶標及一體化測量工裝組成，柔性靶標包括球頭云臺，等邊三角形結構的靶標基座，安裝在靶標基座上的靶球，靶球固定螺栓和雙頭螺柱。在一體化測量工裝中，夾具主體上端安裝有定位基準，夾具主體下端通過緊固螺栓及墊塊與機床C軸工作臺固聯。該裝置采用柔性靶標和特制定位基準的一體化夾具組合，具備相機標定與位姿測量的一體化功能。僅單次安裝可完整記錄機床五軸聯動軌跡的運動信息，從而快速、便捷、有效的實現機床任意軌跡下輪廓誤差的空間測量。操作便捷，測量高效，成本低廉。

技術領域

本發明屬于計算機視覺測量技術領域，涉及一種利用視覺測量數控機床動態輪廓誤差的輔助配套裝置。

背景技術

隨著高精技術領域及高端裝備行業對復雜零部件性能要求的不斷提升，五軸數控機床因具備高效生產、高精加工、靈活調控等特點成為復雜零部件的重要加工手段。然而，多軸聯動誤差累積及伺服系統滯后導致的動態輪廓誤差極大影響著機床的加工性能。為保證數控機床的高質高效加工，對機床誤差的定檢和補償尤為重要。近年來常用的誤差檢測方法使用了球桿儀、激光干涉儀、R-test等裝置，但每種裝置都具有一定的適用范圍，難以滿足機床任意軌跡輪廓誤差的快速、高效、便捷的測量要求。視覺測量具有三維測量、快速便捷、經濟性好等優勢可以實現機床輪廓誤差的測量。為了保證數控機床的加工精度，用于辨識、測量以及后續輪廓誤差補償的便捷式視覺輔助配套工裝的開發至關重要。

大族激光科技產業集團股份有限公司楊朝、陳百強等發明的專利號為CN103894882 B的“高速機床動態誤差測量系統”，該測量系統利用高速攝像機與光刻玻璃線板來記錄參照物相對于光刻玻璃線板的刻度位置，直接測量出高速運動參照物的動態誤差，但該方法要求運動方向與光刻玻璃線板的刻度一致，且為二維平面測量，具有局限性。華中科技大學陳吉紅、周會成等發明的專利號為CN 107085409 A的“一種數控機床的動態誤差檢驗方法及裝置”，采用測頭探針代替刀具沿著理論軌跡來貼合并掃描“S”件直紋加工面來獲得實際刀位軌跡，通過兩軌跡的對比來獲得機床動態誤差，具有測量效率高，設備成本低的特點。但該方法屬于接觸式測量，若出現未觸碰區域需再次進行局部測量，使測量工作繁瑣，且測量軌跡固定，不能應用于任意軌跡下機床動態輪廓誤差的測量。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術的缺陷，發明了一種數控機床動態輪廓誤差視覺測量裝置，解決了機床任意軌跡下輪廓誤差空間測量難題。該裝置由柔性靶標及一體化測量工裝組成，具有安裝在機床主軸上的球頭云臺，靶球安裝在等邊三角形結構的靶標基座上，成為可轉動式靶標，使裝置具有柔性，能靈活匹配單目相機的測量景深與測量范圍。利用一體化夾具和特制定位基準的組合具備相機標定與位姿測量的一體化功能，利用特制定位基準結合可轉動柔性靶標，靈活適配單目相機的測量景深與測量范圍，僅單次安裝可完整記錄機床五軸聯動軌跡的運動信息，從而快速、便捷、有效的實現機床任意軌跡下輪廓誤差的空間測量。整個裝置具備一體化功能，操作便捷、測量高效、成本低廉。

本發明采用的技術方案是一種數控機床動態輪廓誤差視覺測量裝置，其特征是，該裝置由柔性靶標及一體化測量工裝組成；

所述柔性靶標包括球頭云臺3，等邊三角形結構的靶標基座2，安裝在靶標基座上的靶球1，靶球固定螺栓17和雙頭螺柱4；雙頭螺柱4為兩端分別加工有粗、細螺紋的圓形階梯桿件，粗端用于與主軸5的固聯，細端連接球頭云臺3；球頭云臺3具有球絞副和螺旋桿，可自由轉動并具備鎖緊功能；靶標基座2為等邊三角形基板，基板上加工有三個滑槽，其軸線呈120°均勻分布，靶球1分別安裝在滑槽中，方便進行位置及數量調整；靶標基座2中心加工有螺紋孔，與球頭云臺3的螺旋桿連接并固定；靶球1為反光靶球，底部加工有螺紋孔，靶球固定螺栓17通過螺紋孔將靶球1安裝在靶標基座2上；單目相機固定在機床模擬加工位置的斜上方，調整靶標基座2的方向使其垂直于單目相機并鎖緊固定；