[發(fā)明專利]數(shù)控回轉(zhuǎn)軸集成位移傳感器安裝偏置的精確校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911048987.3
• 申請(qǐng)日: 2019-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110645935B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海波;孟祥振;丁植;襲萌萌;隋延飛;劉乾;李特;劉闊;杜文浩;王永青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B21/04
• 分類號(hào): G01B21/04
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明數(shù)控回轉(zhuǎn)軸集成位移傳感器安裝偏置的精確校準(zhǔn)方法屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)控回轉(zhuǎn)軸集成位移傳感器安裝偏置的精確校準(zhǔn)方法。該方法先將用于校準(zhǔn)的標(biāo)定平面安裝在機(jī)床主軸上，并保證標(biāo)定平面與機(jī)床主軸軸線垂直。再調(diào)整位移傳感器相對(duì)于標(biāo)定平面的距離和角度，完成傳感器的對(duì)準(zhǔn)。然后，數(shù)控回轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)位移傳感器旋轉(zhuǎn)不同角度，采集在不同角度位置時(shí)對(duì)應(yīng)的機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位移傳感器讀數(shù)值。建立關(guān)于傳感器偏置矢量的方程組，求解得到偏置矢量，完成在數(shù)控回轉(zhuǎn)軸集成位移傳感器安裝偏置的精確校準(zhǔn)。該方法可在一次裝夾下實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器任意安裝姿態(tài)的偏置矢量校準(zhǔn)，校準(zhǔn)快速高效，操作簡(jiǎn)單，精度高，方法實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)控回轉(zhuǎn)軸集成位移傳感器安裝偏置的精確校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

復(fù)雜零件的精密加工，往往需采用在位測(cè)量手段，獲得零件加工過(guò)程中的輪廓偏差和加工余量的實(shí)際分布狀態(tài)，并進(jìn)行后續(xù)的加工修正，以避免二次安裝帶來(lái)的加工誤差。為實(shí)現(xiàn)在位測(cè)量，將傳感器集成于數(shù)控加工裝備上，如主軸末端、水平或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等。首先需建立傳感器坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的空間位置關(guān)系，其問(wèn)題核心是傳感器安裝偏置距離的精確校準(zhǔn)，例如傳感器原點(diǎn)與回轉(zhuǎn)軸軸線的偏置關(guān)系。若不能精確校準(zhǔn)，勢(shì)必引起較大測(cè)量偏差。實(shí)際校準(zhǔn)中，往往需借助專用的校準(zhǔn)樣件或標(biāo)準(zhǔn)件，如標(biāo)準(zhǔn)球、標(biāo)準(zhǔn)圓柱等。通過(guò)測(cè)量尋邊，建立起傳感器原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置關(guān)系。這種方式比較適合傳感器與平動(dòng)軸的偏置校準(zhǔn)，但因?qū)み叢僮鲿r(shí)傳感器信號(hào)提取和狀態(tài)判別仍不可避免地依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)，其校準(zhǔn)結(jié)果的穩(wěn)定性需進(jìn)一步提升。考慮到加工設(shè)備的構(gòu)型和加工運(yùn)動(dòng)，需要將傳感器集成于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，傳感器的原點(diǎn)與回轉(zhuǎn)軸線勢(shì)必存在安裝偏置，急需探尋一種新的校準(zhǔn)方法。

2015年，陳增源等在申請(qǐng)?zhí)朇N201510811019.9的專利《機(jī)床主軸中軸線位置獲取裝置及獲取方法》，中提出了一種利用Hexapod移動(dòng)平臺(tái)控制激光位移傳感器對(duì)扁圓形端板進(jìn)行掃描，確定機(jī)床主軸線位置的方法。然而，這種校準(zhǔn)方法無(wú)法適用于串聯(lián)構(gòu)型的數(shù)控機(jī)床的校準(zhǔn)。2018年，周昊暉等在申請(qǐng)?zhí)朇N201811290239.1的專利《回轉(zhuǎn)軸中心位置的確定方法及設(shè)備、存儲(chǔ)介質(zhì)、電子裝置》中發(fā)明了一種通過(guò)測(cè)量操作獲取多次繞工作臺(tái)軸心回轉(zhuǎn)的校準(zhǔn)裝置上端面的圓心在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，計(jì)算確定回轉(zhuǎn)軸的中心位置，但未精確考慮測(cè)頭與回轉(zhuǎn)軸中心的位置關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有方法的不足，針對(duì)位移傳感器測(cè)量原點(diǎn)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)安裝偏置難以精確判斷的問(wèn)題，發(fā)明了一種數(shù)控回轉(zhuǎn)軸集成位移傳感器安裝偏置的精確校準(zhǔn)方法。該方法中，在數(shù)控回轉(zhuǎn)軸三個(gè)不同的角度位置利用光譜共焦位移傳感器測(cè)量距標(biāo)定平面的距離，根據(jù)測(cè)量時(shí)采集的機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度和位移傳感器讀數(shù)建立關(guān)于傳感器安裝偏置矢量的方程組，通過(guò)求解方程組完成傳感器與回轉(zhuǎn)軸空間偏置距離和方向的精確校準(zhǔn)。基于偏置矢量、傳感器讀數(shù)值、回轉(zhuǎn)軸角度之間的相互關(guān)系進(jìn)行校準(zhǔn)計(jì)算，避免引入外界誤差干擾，校準(zhǔn)精度高，可靠性好。傳感器可在一次裝夾下完成安裝偏置矢量的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過(guò)程快速高效，實(shí)用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。對(duì)傳感器安裝位置約束條件少，在任意安裝姿態(tài)下均可進(jìn)行校準(zhǔn)，適用性強(qiáng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種數(shù)控回轉(zhuǎn)軸集成位移傳感器安裝偏置的精確校準(zhǔn)方法，其特征是，該方法在傳感器偏置矢量校準(zhǔn)過(guò)程中，先將用于校準(zhǔn)的標(biāo)定平面安裝在機(jī)床主軸上，并保證標(biāo)定平面與機(jī)床主軸軸線垂直；其次，將位移傳感器夾持固定在帶T形槽的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，并調(diào)整位移傳感器相對(duì)于標(biāo)定平面的距離和角度，使得標(biāo)定平面在傳感器量程范圍內(nèi)且位移傳感器測(cè)量光束所在直線與標(biāo)定平面垂直，完成傳感器的對(duì)準(zhǔn)；然后，數(shù)控回轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)位移傳感器旋轉(zhuǎn)不同角度，并同時(shí)采集在不同角度位置時(shí)對(duì)應(yīng)的機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位移傳感器讀數(shù)值；最后，利用傳感器讀數(shù)值與旋轉(zhuǎn)角度建立關(guān)于傳感器偏置矢量的方程組，求解得到偏置矢量，完成在數(shù)控回轉(zhuǎn)軸集成位移傳感器安裝偏置的精確校準(zhǔn)。

方法的具體步驟如下：

第一步傳感器校準(zhǔn)預(yù)裝