CN101408398B - 对工件进行高精度三坐标测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对工件进行高精度三坐标测量的方法，首先将工件固定在随行夹具的上表面上、再将安装了工件的随行夹具定位在加工中心的机床工作台上，然后对工件进行加工。接下来用吊运装置夹紧随行夹具，将随行夹具连同工件一起吊起，然后将随行夹具定位在直线导轨输送平台上，将直线导轨输送平台沿着直线导轨输送到达三坐标测量机的测量位置，最后对工件进行三坐标测量。本发明方法用随行夹具与工件不分开的方式先后与机床工作台及输送平台精确定位的方法来保证工件的精确定位，能取得很好的精确定位效果，方法简单，不需要重新购置昂贵的加工中心也无需复杂的改造，用极低的成本满足了高标准的测量。

Description

对工件进行高精度三坐标测量的方法

技术领域

本发明涉及一种对工件进行三坐标测量的方法。

背景技术

三坐标测量机是一种新型的测量仪器。它与传统测量工具比较，可以一次装夹，完成很多尺寸的测量，包括很多传统测量仪器无法进行的测量，更能输入CAD模型，在模型上采点进行自动测量。它的精度受自身的结构、材料、驱动系统、光栅尺等各个环节影响。它的光栅尺分辨率一般在0.0005mm，测量时精度又受当时的温度、湿度、震动等很多环境因素影响。

为了使三坐标测量机保持其最高的测量精度，应将它放在与外界环境隔绝的独立机房中，室温应保持在20℃。为了防止振动对测量带来不良影响，应将测量机安装在由气垫支承的质量较重(例如100吨)的混凝土底座上。在加工时，三坐标测量机不仅可作为一种最终检验模具品质的工具，也可以作为一种在加工过程中进行检测的工具。即在加工过程中对各道工序加工后进行中途检验。例如对加工后模具的主要型腔面进行检验。特别是在抛光之前对加工面作全面的检验，以便确定如何更精确地达到加工面所需的几何形状。

对加工好的工件，比如柴油机机体，在没有三坐标测量的条件下，只对局部空间尺寸进行人工测量，这样会形成数据偏差和不全。为了达到精确测量的国际高标准，对每一台加工后的柴油机机体必须都要进行三坐标测量。根据三坐标测量机的精度要求和国际上对柴油机机体的测量要求，在对柴油机机体进行三坐标测量时，需要达到以下标准：

(1)柴油机机体与工作台不分开以保持其精确定位；

(2)柴油机机体与工作台被传输到三坐标测量机的测量位置上重复定位的精度要达到0.15mm；

(3)在运输的过程中要求平稳和震动小。

美国GE公司为满足上述要求，分别采用德国KLOB公司生产的双交换工作台龙门加工中心和意大利INNSE BERARDI公司生产的双交换工作台龙门加工中心二种机型组合成柔性加工单元。这种双交换工作台可以分开使用还可以上下移动进行交换。将柴油机机体安装固定在一个交换工作台上，使该交换工作台与两个龙门加工中心的任何一个所保留交换工作台成为一体，加工完后柴油机机体连伺与其固定在一起的交换工作台一同被移下，然后通过轨道系统被传输到三坐标测量的位置上进行精密测量。见图1，美国GE公司采用的双交换工作台龙门加工中心上有两个交换工作台A和B，A工作台和B工作台可以前后分开，还可与加工中心分离进行上下移动。当采用两台这样的加工中心时，就可以使工件在工作台上加工好后，将工件连同工作台一起移出加工中心，通过轨道系统被传输到三坐标测量的位置上进行精密测量。如图1中所示，在一个加工中心的A工作台上加工柴油机机体X，加工好后的柴油机机体X’连同工作台A一同移出加工中心，再将另一台加工中心工作台C上的柴油机机体Y连同工作台C移动至原工作台A的位置进行加工，加工完毕连同工作平台C一起移出加工中心送至三坐标测量机处进行测量。如此循环，柴油机机体与工作平台不分离就保证了柴油机机体的位置准确。

但是我国现有工厂使用的龙门加工中心一般是双工作台联挂的形式。这种形式的龙门加工中心的两个工作台只能在加工中心上前后分开，不能与加工中心分离，因此无法也不可能实现工作台的交换和离开加工中心的移送。而龙门加工中心价格十分昂贵，重新组织设备采购投资太大。但每一台加工后的柴油机机体为了达到国际高标准，都要进行三坐标测量的要求是不可以更改的。因此迫切需要在现有设备的基础上采用新的方法与相应的装置来解决现实与要求之间的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用普通工作台的龙门加工中心也可对工件进行高精度三坐标测量的方法。

实现本发明目的的技术方案是一种对工件进行高精度三坐标测量的方法，具有以下步骤：

①将工件固定在随行夹具的上表面上；

②将安装了工件的随行夹具定位在加工中心的机床工作台上；

③由加工中心对机床工作台上的工件进行加工；

④用吊运装置夹紧随行夹具，将随行夹具连同工件一起吊起，然后将随行夹具定位在直线导轨输送平台上；

⑤将定位有随行夹具的直线导轨输送平台沿着直线导轨输送到达三坐标测量机的测量位置；

⑥将直线导轨输送平台定位在三坐标测量机的测量位置；

⑦由三坐标测量机对工件进行三坐标测量。

步骤①中的随行夹具包括底板，底板的板体上设有位于下底面上的两个定位方销和两个定位孔，两个定位方销是左方销和右方销，两个定位孔是前定位孔和后定位孔。步骤②中的加工中心的机床工作台的台面上设有两条倒T型槽和固定在倒T型槽处的两个定位销件。两条倒T型槽是左侧倒T型槽和右侧倒T型槽。两个定位销件是前销件和后销件，前销件和后销件均由倒T型块、垫圈和定位销组成，各倒T型块的竖向块体的上部设有外螺纹，定位销的下部设有螺纹孔。前销件的倒T型块设置在左侧倒T型槽中且位于左侧倒T型槽的前部，该倒T型块的竖向块体向上伸出左侧倒T型槽，垫圈套在该竖向块体上且下端面与机床工作台的台面相接触，定位销由其螺纹孔旋紧在竖向块体的外螺纹上、且竖向块体下端面与垫圈的上端面相接触。后销件的的倒T型块设置在右侧倒T型槽中且位于右侧倒T型槽的后部，该倒T型块的竖向块体向上伸出右侧倒T型槽，垫圈套在该竖向块体上且下端面与机床工作台的台面相接触，定位销由其螺纹孔旋紧在竖向块体的外螺纹上、且竖向块体下端面与垫圈的上端面相接触；

步骤②中，将随行夹具定位在加工中心的机床工作台上的具体方法是：使随行夹具的底板的左方销落入左侧倒T型槽中，使底板的右方销落入右侧倒T型槽中，使随行夹具由其底板的前定位孔套在前销件的定位销上，使随行夹具由其底板的后定位孔套在后销件的定位销上。

在步骤④中的直线导轨输送平台上设有与随行夹具的两个定位方销各自的宽度及其二者之间的距离相配合的两条定位槽，它们是左定位槽和右定位槽。直线导轨输送平台上还设有两个与随行夹具的底板上的两个定位孔相配合的两个定位销，两个定位销是前定位销和后定位销。

步骤④中，将随行夹具定位在直线导轨输送平台上的具体方法是：使随行夹具的底板的左方销落入左定位槽中，使底板的右方销落入右定位槽中，使随行夹具由其底板的前定位孔套在前定位销上，使随行夹具由其底板的后定位孔套在后定位销上。

步骤④中的直线导轨输送平台的前侧面设有向前的延伸部，该延伸部上设有通孔。所述直线导轨在三坐标测量机的测量位置处设有与直线导轨输送平台的通孔相互配合的定位孔。将随行夹具连同工件通过直线导轨输送到达三坐标测量机的测量位的情况下，用机械插销装置将插销穿过通孔及定位孔而将直线导轨输送平台定位在直线导轨上，且位于三坐标测量机的测量位置处。

步骤⑤中的三坐标测量机和步骤④中的直线导轨位于同一个整体防震基础上。

本发明具有积极的效果：(1)采用本发明方法，用随行夹具与工件不分开的方式先后与工作台及输送平台精确定位的方法来保证工件的精确定位，来代替使用有双交换工作平台的加工中心时采用的工件与工作台不分开的方法，能取得很好的精确定位效果，方法简单，不需要重新购置昂贵的加工中心也无需复杂的改造，·用极低的成本满足了高标准的测量。(2)本发明中将随行夹具定位在机床工作台上时，充分利用了现有加工中心机床工作台上的倒T型槽，操作起来简单、工作效率高。(3)本发明中当工件被传输到三坐标测量机的测量位置上时，再用插销进行定位，满足了重复定位的精度的要求。(4)本发明中，对三坐标测量机与直线导轨进行整体防震基础的施工。该种施工方案可以克服因基础变形、局部偏载而造成三坐标测量机的测量误差而带的诸多影响。

附图说明

图1为美国GE公司采用方法示意图。

图2为本发明方法示意图。

图3为本发明所用随行夹具的仰视示意图。

图4为本发明的机床工作台的俯视示意图。

图5为图4的A-A剖视示意图。

图6为本发明方法中随行夹具与机床工作台相互定位的示意图。

图7为本发明方法中随行夹具与直线导轨输送平台相互定位的示意图。

图8为本发明方法用直线导轨及其上的直线导轨输送平台将工件从加工中心运至三坐标测量机房进行测量示意图。

图9为本发明方法中的机座、直线导轨输送平台与直线导轨俯视结构示意图。

图10为本发明方法中的机座、直线导轨及直线导轨输送平台的立体图。

图11为本发明方法中直线导轨输送平台在直线导轨上采用齿轮与齿条相互啮合的示意图。

附图标记如下：

工件1；

加工中心2，机床工作台21，左侧倒T型槽21-1，右侧倒T型槽21-2，左后销件22，右前销件23，倒T型块23-1，垫圈23-2，定位销23-3；

随行夹具3，底板31，左方销31-1，右方销31-2，左前定位孔32-1，左后定位孔32-2，右前定位孔32-3，右后定位孔32-4；

直线导轨41，齿条42；

直线导轨输送平台5，左定位槽51-1，右定位槽51-2，左前定位销52-1，右后定位销52-2，安装座53，通孔54，传动平台55；

三坐标测量机6；

空调房71，整体防震基础72；

传动装置8，电机81，减速器82，齿轮箱83，齿轮84；

机座9，定位座91。

具体实施方式

(实施例1)

见图2，本实施例所采用的加工中心2上有两个机床工作台21，但是这两个机床工作台21只能在加工中心2上前后分开，不能与加工中心2分离。

见图4和图5，机床工作台21上有两条倒T型槽和固定在倒T型槽处的两个定位销件。两条倒T型槽是左侧倒T型槽21-1和右侧倒T型槽21-2。两个定位销件是右前销件23和左后销件22，右前销件23和左后销件22均由倒T型块、垫圈和定位销组成，各倒T型块的竖向块体的上部设有外螺纹，定位销的下部设有螺纹孔。左后销件22的倒T型块设置在左侧倒T型槽21-1中且位于左侧倒T型槽21-1的后部，该倒T型块的竖向块体向上伸出左侧倒T型槽21-1，垫圈套在该竖向块体上且下端面与机床工作台21的台面相接触，定位销由其螺纹孔旋紧在竖向块体的外螺纹上、且竖向块体下端面与垫圈的上端面相接触；右前销件23的倒T型块23-1设置在右侧倒T型槽21-2中且位于右侧倒T型槽21-2的前部，该倒T型块23-1的竖向块体向上伸出右侧倒T型槽21-2，垫圈23-2套在该竖向块体上且下端面与机床工作台21的台面相接触，定位销23-3由其螺纹孔旋紧在竖向块体的外螺纹上、且竖向块体下端面与垫圈23-2的上端面相接触。

见图3，本实施例所采用的随行夹具3包括底板31，底板31的板体上设有位于下底面上的两个定位方销和四个定位孔，两个定位方销是左方销31-1和右方销31-2，四个定位孔是左前定位孔32-1、左后定位孔32-2、右前定位孔32-3和右后定位孔32-4。左方销31-1和右方销31-2各自的宽度与加工中心2的机床工作台21上表面的倒T型槽21-1、21-2各自的宽度相互配合。左方销31-1和右方销31-2之间的距离等于加工中心2的机床工作台21上表面的倒T型槽21-1与21-2之间的距离。

见图8，本实施例所采用的直线导轨输送平台5包括位于前部的定位平台和位于后部的传动平台52；直线导轨输送平台5设置在直线导轨4上，直线导轨4的导轨固定在机座9上，机座9和三坐标测量机6和位于同一个整体防震基础72上，三坐标测量机6设置在空调房7中。直线导轨输送平台5的定位平台上设有与随行夹具3的两个定位方销31-1、31-2各自的宽度及其二者之间的距离相配合的两条定位槽，它们是左定位槽51-1和右定位槽51-2。直线导轨输送平台5的定位平台上还设有两个与随行夹具3的底板31上的左前定位孔32-1和右后定位孔32-4相配合的两个定位销，两个定位销是左前定位销52-1和右后定位销52-2。

见图2至图6，本实施例中，对工件进行高精度三坐标测量的方法，具有7个步骤：

步骤①是将工件1固定在随行夹具3的上表面上。工件1与随行夹具3之间的固定方式有多种，在本实施例中采用的方法是：在用多个螺栓和相应的压板、螺母以及橡胶垫等将工件1固定在随行夹具3的上表面上。工件1与随行夹具3在整个加工、传输和测量的过程中都不分离，以保证工件的位置不发生任何偏移。

随后的步骤中，随行夹具3连同工件1在经过三次精确定位安装后才到达三坐标测量机5的测量位置。

步骤②是对随行夹具3连同工件1的第一次定位安装，该步骤将随行夹具3连同工件1定位安装在加工中心2的机床工作台21上。加工中心2的机床工作台21设有位置精确的倒T型槽21-1、21-2，每个槽的宽度及相邻槽之间的距离的误差不大于0.01mm。因此如果把随行夹具3的定位方销定位在机床工作台21的倒T型槽21-1、21-2内，再用固定在倒T型槽处的定位销件将随行夹具3进行定位，则由于倒T型槽以及定位销件的精确位置，随行夹具3也就获得了精确定位。

见图2至图6，具体来说：在进行定位时，将随行夹具3上的左方销31-1插入加工中心2的机床工作台21上的左侧倒T型槽21-1中，将随行夹具3上的右方销31-2插入加工中心2的机床工作台21上的右侧倒T型槽21-2中，使随行夹具3的底板31的左后定位孔32-2套在左后销件22的定位销22-3上，使随行夹具3的底板31的右前定位孔32-3套在右前销件23的定位销23-3上。即可将随行夹具3在加工中心2的机床工作台21上精确定位，也即工件1在加工中心2的机床工作台21上完成了精确定位。

此第一次定位完成后，进行步骤③，在加工中心2的机床工作台21上对工件1进行加工。

步骤④是对随行夹具3连同工件1的第二次定位安装，该步骤将随行夹具3连同工件1定位安装在直线导轨输送平台5上。

直线导轨输送平台5设有位置精确的定位槽51-1、51-2，每个槽的宽度及相邻槽之间的距离的误差不大于0.01mm。因此如果把随行夹具3的定位方销设置在直线导轨输送平台5的定位槽内，再用固定在输送平台5上的定位销将随行夹具3进行定位，则由于定位槽以及定位销的精确位置，随行夹具3也就获得了精确定位。

见图2、图3和图7至图9，具体地说，在进行定位时，用工件吊运装置夹紧随行夹具3，随行夹具3及加工好的工件1一起被吊起，然后将随行夹具3上的左方销31-1插入直线导轨输送平台5上的左定位槽51-1中，将随行夹具3上的右方销31-2插入直线导轨输送平台5上的右定位槽51-2中，使随行夹具3由其底板31的左前定位孔32-1套在左前定位销52-1上，使随行夹具3由其底板31的右后定位孔32-4套在右后定位销52-2上，即可将随行夹具3在直线导轨输送平台5上精确定位，也即工件1在直线导轨输送平台5上完成了精确定位。

步骤⑤，见图8，前述定位完成后，直线导轨输送平台5沿直线导轨4移动，进入安放三坐标测量机6的空调机房7后，到达三坐标测量机6的测量位置。图8中有三个随行夹具3与工件1的位置，从右至左分别表示在加工中心2的机床工作台21处进行加工的位置、吊运定位到直线导轨输送平台5上的位置和进行三坐标测量的位置。

见图8至图10，机座1上设有位于前部的行程开关，直线导轨输送平台5的定位平台的前侧固定有拨动块。直线导轨输送平台5的传动平台55上安装有传动装置8。传动装置8包括电机81、减速器82和齿轮箱83；电机81由其电机壳固定在传动平台上，减速器82由其机壳固定在在传动平台上，齿轮箱83由其箱体固定在传动平台上。直线导轨41有两副，一副直线导轨41安装在机座9的左侧，另一副直线导轨41安装在机座9的右侧，均按照前后方向设置；机座9的中部固定有按照前后方向设置的齿条42。直线导轨输送平台5的下方设置有与前述齿条42相啮合的齿轮84。电机81通过其输出轴带动变速器82的输入齿轮，变速器82的输出轴带动齿轮箱的输入齿轮，齿轮84固定在齿轮箱83的输出轴上，从而电动机81通过带动齿轮84，使得齿轮84将旋转运动转化为沿着齿条42的向前或向后的运动，齿轮84的前后向运动则带动直线导轨输送平台5在直线导轨4上进行前后向的直线运动。

当直线导轨输送平台5在电机81的带动下，将连带随行夹具3的工件1通过直线导轨4输送到达三坐标测量机6的测量位置处时，定位平台的前侧固定有拨动块触动行程开关而使得控制电路控制电机81停止转动。

步骤⑥，第三次定位是当直线导轨输送平台5移动至测量位置时，将直线导轨输送平台5在机座9上再定位，以保证在测量的过程中直线导轨输送平台5不会发生偏移。

见图8至图10，直线导轨输送平台5前侧面设有向前的安装座53，该安装座53上设有通孔54，安装座53上安装有柱形液压缸(图中未画出)，该柱形液压缸的活塞向下穿过该通孔54。。机座9上设有定位座91。当直线导轨输送平台5将连带随行夹具3的工件1通过直线导轨4输送到达三坐标测量机6的测量位置处时，启动柱形液压缸，使柱形液压缸的活塞伸入机座9的定位座91的孔中，而使直线导轨输送平台5在机座1上定位，也即将工件1在三坐标测量机6的测量位置处定位。

最后，进行步骤⑦，由三坐标测量机6对工件1进行三坐标测量。

以上的实施例具体说明了本发明的使工件能够进行三坐标测量的方法。但是以上实施例并不作为对本发明实施方式的限定，工件的范围不局限于柴油机体，凡采用随行夹具与工件随行定位进行三坐标测量的方法都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种对工件进行高精度三坐标测量的方法，其特征在于具有以下步骤：

①将工件(1)固定在随行夹具(3)的上表面上；随行夹具(3)包括底板(31)，底板(31)的板体上设有位于下底面上的两个定位方销和四个定位孔，两个定位方销是左方销(31-1)和右方销(31-2)，四个定位孔是左前定位孔(32-1)、左后定位孔(32-2)、右前定位孔(32-3)和右后定位孔(32-4)；

②将安装了工件(1)的随行夹具(3)定位在加工中心(2)的机床工作台(21)上；加工中心(2)的机床工作台(21)的台面上设有两条倒T型槽和固定在倒T型槽处的两个定位销件；两条倒T型槽是左侧倒T型槽(21-1)和右侧倒T型槽(21-2)；两个定位销件是右前销件(23)和左后销件(22)，右前销件(23)和左后销件(22)均由倒T型块、垫圈和定位销组成，各倒T型块的竖向块体的上部设有外螺纹，定位销的下部设有螺纹孔；左后销件(22)的倒T型块设置在左侧倒T型槽(21-1)中且位于左侧倒T型槽(21-1)的后部，该倒T型块的竖向块体向上伸出左侧倒T型槽(21-1)，垫圈套在该倒T型块的竖向块体上且下端面与机床工作台(21)的台面相接触，定位销由其螺纹孔旋紧在倒T型块的竖向块体的外螺纹上、且倒T型块的竖向块体下端面与垫圈的上端面相接触；右前销件(23)的倒T型块(23-1)设置在右侧倒T型槽(21-2)中且位于右侧倒T型槽(21-2)的前部，该倒T型块(23-1)的竖向块体向上伸出右侧倒T型槽(21-2)，垫圈(23-2)套在该倒T型块(23-1)的竖向块体上且下端面与机床工作台(21)的台面相接触，定位销(23-3)由其螺纹孔旋紧在倒T型块(23-1)的竖向块体的外螺纹上、且竖向块体下端面与垫圈(23-2)的上端面相接触；将随行夹具(3)定位在加工中心(2)的机床工作台(21)上的具体方法是：使随行夹具(3)的底板(31)的左方销(31-1)落入左侧倒T型槽(21-1)中，使底板(31)的右方销(31-2)落入右侧倒T型槽(21-2)中，使随行夹具(3)由其底板(31)的右前定位孔(32-3)套在右前销件(23)的定位销(23-3)上，使随行夹具(3)由其底板(31)的左后定位孔(32-2)套在左后销件(22)的定位销上；

③由加工中心(2)对机床工作台(21)上的工件(1)进行加工；

④用吊运装置夹紧随行夹具(3)，将随行夹具(3)连同工件(1)一起吊起，然后将随行夹具(3)定位在直线导轨输送平台(5)上；直线导轨输送平台(5)上设有与随行夹具(3)的两个定位方销(31-1、31-2)各自的宽度及其二者之间的距离相配合的两条定位槽，它们是左定位槽(51-1)和右定位槽(51-2)；直线导轨输送平台(5)上还设有两个与随行夹具(3)的底板(31)上的两个定位孔(32-1、32-4)相配合的两个定位销，两个定位销是左前定位销(52-1)和右后定位销(52-2)；将随行夹具(3)定位在直线导轨输送平台(5)上的具体方法是：使随行夹具(3)的底板(31)的左方销(31-1)落入左定位槽(51-1)中，使底板(31)的右方销(31-2)落入右定位槽(51-2)中，使随行夹具(3)由其底板(31)的左前定位孔(32-1)套在左前定位销(52-1)上，使随行夹具(3)由其底板(31)的右后定位孔(32-4)套在右后定位销(52-2)上；

⑤将定位有随行夹具(3)的直线导轨输送平台(5)沿着安装在机座(9)上的直线导轨(41)输送到达三坐标测量机(6)的测量位置；

⑥将直线导轨输送平台(5)定位在机座(9)上而位于三坐标测量机(6)的测量位置；

⑦由三坐标测量机(6)对工件(1)进行三坐标测量。

2.根据权利要求1所述的对工件进行高精度三坐标测量的方法，其特征在于：步骤④中的直线导轨输送平台(5)的前侧面设有安装座(53)，该安装座(53)上设有通孔(54)；机座(9)设有定位座(91)，该定位座(91)与直线导轨输送平台(5)到达三坐标测量机(6)的测量位置处时其安装座(53)的通孔(54)相对；

步骤⑥中，在直线导轨输送平台(5)将随行夹具(3)连同工件(1)通过直线导轨(41)输送到达三坐标测量机(6)的测量位置的情况下，用定位件穿过安装座(53)的通孔(54)再插入机座(9)的定位座(91)的定位孔中，而将直线导轨输送平台(5)定位在机座(9)上，且位于三坐标测量机(6)的测量位置处。

3.根据权利要求2所述的对工件进行高精度三坐标测量的方法，其特征在于：三坐标测量机(6)和机座(9)位于同一个整体防震基础(8)上。

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