一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置和方法
2023-07-09 04:08:41 2
一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置和方法
【專利摘要】本發明公開了一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置和方法，通過控制兩個或多個平行運動軸組合互補運動後，利用CCD檢測標定板上觀測點P的偏移量來實現多運動軸平行度檢測。將CCD測量裝置固定在待檢測運動軸上，控制待檢測運動軸移動至上限位。主運動軸帶動待檢測運動軸向下運動使P清晰呈現在測量顯示系統上。水平移動標定板使P與測量顯示系統上的中心基準點O重合。主運動軸向上移動距離H，待檢測運動軸向下移動距離H，此時標定板上的P顯示於測量顯示系統上點O』。通過計算O』和O之間的像素位置偏移並通過CCD的解析度計算兩運動軸間平行度。本發明實現了快捷方便的非接觸式運動軸二維平行度測量，提高了測量和調整多運動軸平行度的效率。
【專利說明】一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工具機檢測領域，尤其涉及一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置和方法。
【背景技術】
[0002]在先進位造領域，人們越來越多地通過在主運動軸上並接其他運動單元來實現更為柔性的運動系統，完成更複雜加工任務。如中國專利文獻CN201881047U 「一種多軸數控雷射加工裝置」，通過將雷射加工頭並接到數控工具機的末端，從而完成對更大尺寸零件的加工。中國專利文獻CN102151984A「一種適用於複雜曲面的雷射加工方法及裝置」，通過將具備兩軸雷射振鏡和Z軸移動的雷射加工頭並接到五軸聯動工具機，完成對自由曲面的表面雷射加工。
[0003]由於設計製造和安裝等因素的影響，多軸數控工具機各平行運動軸之間的平行度存在的偏差會顯著影響到系統最終加工精度。因此，檢測和調節工具機各運動軸的平行度是一項重要的任務。
[0004]目前的主要檢測方式為採用千分表來檢測各軸之間的平行度。千分表接觸各運動軸側面相對移動，利用錶針的讀數變化和運動軸移動的距離求得平行度。
[0005]但在具體進行檢測時，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足:
[0006]1、使用千分表接觸的運動軸側面與軸運動方向平行度要求高，而運動軸側面與運動方向受加工精度和裝配的影響，因此存在較多的誤差影響因素；
[0007]2、需對X和Y方向的偏移分別進行測量，測量步驟較為繁瑣；
[0008]3、測量結果不夠直觀，不易於數位化處理，常常需要後期人為計算處理。
【發明內容】
[0009]本發明提供了一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置和方法，目的在於使操作簡便直觀，測量精度高，實現XY方向偏移同時測量，並有利於對多個平行運動軸平行度的實時監測調整。
[0010]本發明提供的一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置，其特徵在於，該裝置包括CCD測量系統，測量顯示系統和標定板；CCD測量系統和標定板使用時分別安裝於待檢測運動軸或基座上，CCD測量系統用於獲取標定板的檢測圖像；測量顯示系統與CCD測量系統電信號連接，用於接收標定板的檢測圖像，並用於對採集到的圖像信息處理及平行度計算。
[0011]所述CXD測量系統由CXD傳感器和工業顯微鏡頭連接構成。
[0012]本發明提供的一種工具機多運動軸平行度的檢測方法，其特徵在於，該方法按照下述步驟對每個待檢測運動軸進行檢測:
[0013]第I步控制待檢測運動軸獨立向上移動到上限位，然後待檢測運動軸再隨其主運動軸一起向下移動，使標定板的觀測點P落在CCD測量系統的焦平面上；
[0014]第2步移動標定板使其觀測點P的第一成像點與測量顯示系統的觀測中心O重合；
[0015]第3步所述主運動軸帶動待檢測運動軸一起向上移動距離H，然後待檢測運動軸再獨立向下移動距離H，此時標定板的觀測點P落在測量顯示系統上第二成像點0』，其中，H為待檢測運動軸的上限位與下限位之間的距離；
[0016]第4步如果成像點O』和O重合，則說明待檢測運動軸與其主運動軸平行，否則通過成像點O』和O之間的像素偏移量及CXD解析度計算O』和O之間幾何位置偏移，並結合運動軸移動量H來計算兩軸間的平行度誤差。
[0017]本發明通過運動軸組合運動後CCD測量觀測點偏移量來實現平行度測量，具體而言，本發明具有以下有益效果:
[0018]1.採用了 CXD圖像傳感裝置非接觸測量方式，測量顯示系統實時顯示目標觀測點的位置偏移並計算出平行度結果，直觀方便快捷；
[0019]2.可以同時完成對兩平行運動軸之間X、Y方向的偏移量檢測；
[0020]3.觀測的基準點可以是任何預先標記的微小目標，測量系統易於搭建。
[0021]4.可根據測量精度要求採用不同放大倍率的工業顯微鏡，可獲得0.2um到數十微米的位置偏移檢測精度；
[0022]5.通過CXD測量顯示系統可實現運動軸平行度實時監測，使得平行度調整過程更為簡便可行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為待檢測運動軸處於上限位時CXD測量系統觀測標定板上基準點的示意圖。
[0024]圖2為測量顯示系統上顯示的圖1所示意位置CXD測量系統採集到的圖像；
[0025]圖3為待檢測運動軸隨主運動軸向上運動H，CXD測量系統觀測標定板上基準點的示意圖。
[0026]圖4為待檢測運動軸向下運動H，CXD測量系統觀測標定板上基準點的示意圖。
[0027]圖5為圖4所示意位置時測量顯示系上觀察到的(XD採集圖像。
[0028]圖6為(XD測量系統的結構示意圖。
[0029]圖7為本發明的另一種具體實現方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]本發明通過控制工具機兩個或多個平行運動軸組合互補運動後，利用CCD檢測標定板上觀測點的偏移量來實現多運動軸平行度檢測。基本思想是將CCD測量裝置固定在待檢測運動軸上，控制待檢測運動軸移動至上限位。主運動軸帶動待檢測運動軸向下運動使標定板上的觀測點P清晰呈現在測量顯示系統上。水平移動標定板使觀測點P與測量顯示系統上的中心基準點O重合。主運動軸向上移動距離H，待檢測運動軸向下移動距離H，此時標定板上的觀測點P顯示於測量顯示系統上點O』。通過計算測量顯示系統上O』和基準點O之間的像素位置偏移並通過CCD的解析度將像素偏移量轉化為真實的幾何位置偏移量，從而完成計算兩運動軸間平行度。
[0031]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對於這些實施方式的說明用於幫助理解本發明，但並不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0032]如圖1所示，本發明提供的一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置包括CCD測量系統1，測量顯示系統6和標定板5。CXD測量系統I和標定板5使用時分別安裝於待檢測運動軸2或基座(如水平工作檯)上，CCD測量系統I用於獲取標定板5的檢測圖像；測量顯示系統6與CCD測量系統I電信號連接，用於接收標定板5的檢測圖像，並用於對採集到的圖像信息處理及平行度計算。
[0033]標定板5為有一基準點或十字中心線的平面板或類似裝置。如圖6所示，CCD測量系統由CXD傳感器7和工業顯微鏡頭8構成，工業顯微鏡頭可以達到0.2um的檢測精度。
[0034]本發明提供的一種工具機多運動軸平行度的檢測方法，所述方法主要包括以下步驟:
[0035]1.CXD測量系統I布置在待檢測運動軸上，並將測量顯示系統6與CXD測量系統I電信號連接，標定板5布置在基座上。
[0036]如圖1所示，CXD測量系統I固定在待檢測運動軸2上，但CXD測量系統I可以布置在待檢測運動軸或基座上。
[0037]2.運動控制系統4控制待檢測運動軸2獨立向上移動到上限位，主運動軸3帶動待檢測運動軸2向下移動，使標定板5的觀測點P落在CCD測量系統I的焦平面上，此時，測量顯示系統6會出現最為清晰的監控畫面。
[0038]主運動軸3是指與待檢測運動軸2連接並帶動其移動的運動軸。
[0039]測量顯示系統6中出現清晰的標定板5畫面，測量顯示系統6對工具機上下運動距離進行實時反饋。
[0040]3.移動標定板5使其觀測點P的第一成像點與測量顯示系統6的觀測中心O重合,如圖2所示。
[0041 ] 4.主運動軸3帶動待檢測運動軸2 —起向上移動距離H，然後待檢測運動軸2再獨立向下移動距離H，如圖4所示。此時標定板的觀測點P落在測量顯示系統6上第二成像點O』。如果O』和O點重合，則兩軸平行度，平行度最佳。如果O』和O點不重合，則說明兩軸之間存在一定的平行度誤差，更有甚者O』是一模糊成像點，則說明兩軸之間偏移量太大以至於組合互補運動後，觀測點超出了 CCD鏡頭景深範圍，此時可以微調主運動軸3，使得O』也能清晰成像。O』和O點在X、Y方向上多像素偏移量px，py越大則意味著兩軸平行度越差。如圖5所示。
[0042]H為待檢測運動軸2的運動上、下限位之間的距離。
[0043]5.通過成像點O』和O之間的像素偏移量及CXD解析度計算O』和O之間幾何位置
偏移，進一步結合運動軸移動量H來計算兩軸間的平行度。
[0044]通過測量顯示系統6上點O』和O之間像素偏移量px、py及(XD採集圖像點像素解析度r可以計算出O』和O之間幾何位置偏移dx、dy,其計算公式為:dx=px*r, dy=py*r
[0045]進一步結合運動軸移動量H來計算兩軸的平行度誤差可以表示為:
[0046]/ =
[0047]6.CCD測量系統I固定在將要其它待檢測運動軸2上，按照相同的步驟，利用各軸之間的差動，就可以獲得各軸之間的平行度。[0048]所述方法還可以將CXD測量系統I置於基座不同位置，將標定板固定在待檢測運動軸2上，觀測各軸的平行度關係，如圖7所示。圖7是CXD測量系統I放置在基座上。
[0049]本發明方法通過待測多個運動軸的組合互補運動來實現觀測目標點在CXD測量顯示系統上成像清晰，測量顯示系統6實時顯示CXD測量裝置的檢測圖像。測量顯示系統6能根據觀測點在屏幕上的像素位置偏移和像素解析度來計算觀測點與CCD中心的幾何位置偏移，並結合運動軸移動量H來計算平行度。
[0050]所述的方法中還包括標定板5或類似觀測目標也可以固定到待檢測運動軸2上，而CXD測量系統I可以固定安裝在基座上，以相同差動運動方式來完成檢測。
[0051]本發明中心思想是通過待測多運動軸的組合運動形成可測量的觀測點位置偏移，來實現運動軸平行度檢測，因此本發明不僅僅局限於上述【具體實施方式】，本領域一般技術人員根據本發明公開的內容，可以採用其他多種【具體實施方式】實施本發明，因此，凡是採用本發明的技術方案、思路和裝置，做一些簡單的變化或更改，都落入本發明保護的範圍。
【權利要求】
1.一種工具機多運動軸平行度的檢測裝置，其特徵在於，該裝置包括CCD測量系統，測量顯示系統和標定板；CCD測量系統和標定板使用時分別安裝於待檢測運動軸或基座上，CCD測量系統用於獲取標定板的檢測圖像；測量顯示系統與CCD測量系統電信號連接，用於接收標定板的檢測圖像，並用於對採集到的圖像信息處理及平行度計算。
2.根據權利要求1所述的工具機多運動軸平行度的檢測裝置，其特徵在於，所述CCD測量系統由CXD傳感器和工業顯微鏡頭連接構成。
3.一種工具機多運動軸平行度的檢測方法，其特徵在於，該方法按照下述步驟對每個待檢測運動軸進行檢測: 第I步控制待檢測運動軸獨立向上移動到上限位，然後待檢測運動軸再隨其主運動軸一起向下移動，使標定板的觀測點P落在CCD測量系統的焦平面上； 第2步移動標定板使其觀測點P的第一成像點與測量顯示系統的觀測中心O重合； 第3步所述主運動軸帶動待檢測運動軸一起向上移動距離H，然後待檢測運動軸再獨立向下移動距離H，此時標定板的觀測點P落在測量顯示系統上第二成像點O』，其中，H為待檢測運動軸的上限位與下限位之間的距離； 第4步如果成像點O』和O重合，則說明待檢測運動軸與其主運動軸平行，否則通過成像點O』和O之間的像素偏移量及CXD解析度計算O』和O之間幾何位置偏移，並結合運動軸移動量H來計算兩軸間的平行度誤差。
4.根據權利要求1所述的工具機多運動軸平行度的檢測方法，其特徵在於，所述平行度誤差的計算公式為:
【文檔編號】B23Q17/00GK103737427SQ201310740094
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】蔣明, 王曦照, 曾曉雁, 段軍 申請人:華中科技大學