一種三維雷射加工工件定位測量裝置製造方法
2023-05-25 03:10:11
一種三維雷射加工工件定位測量裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三維雷射加工工件定位測量裝置，它包括CCD檢測系統、運動控制系統和顯示系統；雷射加工頭安裝於五軸聯動數控工具機末端，CCD檢測系統隨雷射加工頭安裝於五軸聯動數控工具機末端，CCD檢測系統包括CCD傳感器、工業顯微鏡頭和指示系統，CCD傳感器和指示系統均安裝在工業顯微鏡頭上。本實用新型通過移動多軸聯動數控工具機各運動軸來調整安裝在雷射加工頭上的CCD測量裝置的空間位置和姿態，實現對工件定位點的精確定位觀測，從而獲取到相應定位點在工具機坐標系的空間坐標。本實用新型具有測量單元模塊化、易拆裝，測量精度高的優點，可以滿足雷射加工中對大尺寸工件的高精度定位測量要求。
【專利說明】一種三維雷射加工工件定位測量裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及三維雷射加工領域(包括三維雷射切割、焊接、刻蝕等)，具體涉及一種三維雷射加工中工件的定位測量裝置，主要是基於多軸聯動數控工具機實現。
【背景技術】
[0002]雷射加工技術以其高效性、高精度、非接觸式、材料適應性強和工藝柔性化程度高等特點，已經廣泛地應用於現代工業生產中。將雷射加工頭安裝到五軸聯動數控工具機上的組合雷射加工技術，更是將傳統機械加工工具機擴展為能完成三維複雜形貌雷射加工的新裝備。專利申請號為201110106793.1的實用新型「一種三坐標振鏡掃描式雷射加工頭」提供了一種包括XY兩軸雷射振鏡系統和Z軸移動機構的振鏡掃描式雷射加工頭,米用標準數控工具機拉刀接口設計，可以方便的安裝在三軸、五軸聯動數控工具機。專利申請號為201110048935.3的實用新型「一種適用於複雜曲面的雷射加工方法及裝置」提出將雷射加工頭裝置並接在五軸聯動工具機上，通過對複雜曲面劃分成多個子曲面片，通過五軸工具機依次定位雷射頭到各子曲面片上方,來完成投影式三維雷射刻蝕加工。
[0003]然而在進行三維雷射加工的過程中，對工件的精確定位是保證加工質量和精度的前提，傳統的工件定位裝置在雷射加工工具機上難以安裝和使用，目前三維加工中對工件的定位測量方法主要有以下兩種:
[0004](I)基於接觸式探頭定位測量方式，這種測量方式的定位精度取決於探頭的解析度，定位系統靈敏度低，而且容易受到主軸熱膨脹的影響，實際操作上容易因定位不準確而使探頭破損或折斷。
[0005](2)基於視覺圖像定位方法。如天津大學的段紅旭等人發表的題為「發動機缸體視覺圖像定位方法研究」的文獻(儀器儀表學報，2012年第3期)，通過面陣CCD獲取發動機缸體定位銷孔圖像信息，利用圖像處理提取定位銷孔中心位置，以此建立每個被測缸體的測量基準。這種測量方式能夠獲取定位孔的信息，但是需要複雜的處理算法來對圖像進行處理，測量的精度受到圖像採集質量和處理算法的制約。
實用新型內容
[0006]本實用新型提供了一種基於多軸聯動數控工具機的三維雷射加工工件定位測量裝置，目的在於方便快捷地完成雷射加工中的大型三維工件高精度在線定位測量。
[0007]本實用新型提供的一種基於多軸聯動數控工具機的三維雷射加工定位測量裝置，其特徵在於，該裝置包括CCD檢測系統、運動控制系統和顯示系統；
[0008]基於多軸聯動數控工具機的三維雷射加工系統中雷射加工頭安裝於五軸聯動數控工具機末端，CCD檢測系統隨雷射加工頭安裝於五軸聯動數控工具機末端，CCD檢測系統包括CXD傳感器、工業顯微鏡頭和指示系統，C⑶傳感器和工業顯微鏡頭同軸裝配連接，指示系統安裝在工業顯微鏡頭一側，並使指不系統發出的指不光與CCD傳感器的中心軸交匯於一點，指示系統發射的指示光在目標上的光斑與CCD檢測中心重合；[0009]顯示系統和CXD檢測系統電信號連接，顯示系統用於實時顯示CXD傳感器檢測到的圖像，顯示系統上標識有用於判斷與觀察的目標點是否重合的CCD檢測中心點。
[0010]本實用新型裝置解決了目前採用接觸法對工件進行定位測量中的探頭磨損，定位靈敏度低，而且容易受到主軸熱膨脹影響的問題，該測量裝置可方便地安裝在各類雷射加工頭上完成測量，具有測量單元模塊化、易拆裝，測量精度高的優點。可以滿足大尺寸和超大尺寸零部件的雷射加工的工件定位測量。
[0011]本實用新型裝置的主要優點是:
[0012]1、工件定位測量過程不用拆卸雷射加工頭，廣泛適用於雷射切割頭、焊接頭、振鏡掃描加工頭等多種雷射加工系統；
[0013]2、非接觸的CCD圖像檢測測量方式，測量觀測直觀易於操作，安全性好；
[0014]3、通過採集工具機運動軸的高精度位置反饋信號來計算工件定位點在工具機坐標系下的空間坐標，易於達到微米級測量精度；
[0015]4、測量過程不但可以調節移動軸X、Y、Z，而且可以調節旋轉軸C、A，減少了測量過程工具機與工件之間的幹涉，使得工件定位點的位置設置自由度大。
[0016]5、該測量裝置結構簡潔，成本低，適用性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為安裝在五軸聯動工具機上的本實用新型裝置的結構示意圖；
[0018]圖2為CXD檢測系統的結構示意圖；
[0019]圖3為本實用新型裝置安裝在五軸聯動工具機上的連杆坐標系圖；
[0020]圖4為工件上多個定位點分布及CXD檢測示意圖；
[0021 ]圖5為調整工具機運動軸使CXD對準檢測工件定位點過程圖；
[0022]圖6為工件定位測量流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實用新型的【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實用新型，但並不構成對本實用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本實用新型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。
[0024]本實用新型提供一種基於多軸聯動數控工具機的三維雷射加工定位測量裝置，其示例如圖1所示，包括CXD檢測系統3、運動控制系統5和顯示系統4。
[0025]五軸聯動數控工具機I由X、Y和Z三個移動軸和A、C兩個旋轉軸組成，其中，A軸繞著X軸旋轉，C軸繞著Z軸旋轉。雷射加工頭2安裝於五軸聯動數控工具機I末端。
[0026]CXD檢測系統3隨雷射加工頭2安裝於五軸聯動數控工具機I末端，如圖2所示，CXD檢測系統3由CXD傳感器7、工業顯微鏡頭8和指示系統9組成，CXD傳感器7和指示系統9均安裝在工業顯微鏡頭8上，並使指示系統9發出的指示光與CCD傳感器的中心軸交匯於一點，稱為CCD檢測系統的TCP點10，用來指示CCD傳感器鏡頭到其焦平面的距離。當CCD傳感器檢測中心點K對準的目標清晰地呈現在顯示系統4時，目標位於視場焦點，調整指示系統9指示光與CCD中心軸之間安裝夾角，使CCD檢測系統TCP點與目標點重合，指示系統9發射的指示光在目標上的光斑L應與CCD檢測中心K重合，如圖5(b)所示。從而方便以後CCD觀測工件定位點等目標時準確調整觀測距離，即L與K重合時就代表觀測點位於CCD觀測視場焦點。
[0027]指示系統9具體可採用雷射指示筆或雷射位移傳感器，
[0028]顯示系統4和CXD檢測系統3電信號連接，顯示系統4用於實時顯示CXD傳感器7檢測到的圖像。顯示系統4上有標識出的CXD檢測中心點K，如圖5 (a)，以便於判斷觀察的目標點與(XD檢測中心K是否重合。
[0029]CCD檢測系統3相當於工具機一刀具，其安裝於工具機A軸末端，對應的工具機連杆示意圖如圖3所示，圖中X、Y、Z為工具機三個移動軸，A、C為兩個旋轉軸，Oi為工具機各連杆坐標系，XiiYiiZi為各連杆坐標系的坐標軸，i表示連杆坐標系的序號，i = 0,1,2,3,4,5, O0為工具機坐標系。
[0030]DZBA, DZAT, DXBT和PIVOT是CXD檢測系統中心TCP點在工具機上的刀具偏置參數(即TCP點在工具機C軸坐標系O5上x，y，z方向的偏移量)。由機器人運動學知識可知，TCP末端到工具機坐標系Otl的變換矩陣T為:
[0031]
【權利要求】
1.一種三維雷射加工工件定位測量裝置，其特徵在於，該裝置包括CCD檢測系統、運動控制系統和顯不系統； 基於多軸聯動數控工具機的三維雷射加工系統中雷射加工頭安裝於五軸聯動數控工具機末端，CCD檢測系統隨雷射加工頭安裝於五軸聯動數控工具機末端，CCD檢測系統包括CCD傳感器、工業顯微鏡頭和指示系統，CCD傳感器和工業顯微鏡頭同軸裝配連接，指示系統安裝在工業顯微鏡頭一側，並使指不系統發出的指不光與CCD傳感器的中心軸交匯於一點，指示系統發射的指示光在目標上的光斑與CCD檢測中心重合； 顯示系統和CXD檢測系統電信號連接，顯示系統用於實時顯示CXD傳感器檢測到的圖像，顯示系統上標識有用於判斷與觀察的目標點是否重合的CXD檢測中心點。
2.根據權利要求1所述的一種三維雷射加工工件定位測量裝置，其特徵在於，指示系統採用雷射指示筆或雷射位移傳感器。
【文檔編號】B23K26/03GK203791832SQ201420055434
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】蔣明, 柯善浩, 王曦照, 曾曉雁, 孫曉, 段軍, 高明, 李祥友 申請人:華中科技大學