CN102091974B - 一种高速车床加工特性在机测量装置的装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速车床加工特性在机测量装置的装调方法，本发明将图像处理技术应用到激光三角法测量装置的安装调校过程，提出了装调过程中的光斑定位识别方法，对焦成像评价方法等实现了调校过程观瞄效果评价的数字化，减小了调校过程中的主观影响因素，提高了调校的重复性及精度。实现了多步骤光路调整与机械位置调整过程评价方法的数字化，使复合调整中各步骤调整的可靠性提高，提高了综合调整过程的准确度和效率。

Description

一种高速车床加工特性在机测量装置的装调方法

技术领域

本发明属于光学测量系统的安装与调试技术领域，涉及将图像处理技术，基于激光校准技术及机械调整机构相结合进行激光三角法测量系统安装调试的方法，特别是一种用于高速车床加工特性在机测量装置的安装与调试方法。

背景技术

在高速数控车床及车削中心的研发过程中，对机床功能部件和整机的动静态测试，研究机床模态测试和薄弱环节评价方法，保证机床安全高效运行是需要进行的基础研究命题。通过机床自身的在机坐标测量功能，实现工件加工前的定位、加工过程中的在线测量、精加工后的在机检测，解决工件加工的几何尺寸精度控制的问题，不仅可以为机床研发提供基础数据支持，也可以有效地对机床加工过程中精度进行控制。加工特性在机测量装置的装配及其在机床上的安装调试是机床加工特性在机测量技术实现过程中的关键技术。由于我国高速数控车床及车销中心正处于研发阶段，现有的安装与调试方法对于应用于高速机床的工件在机测量装置的装配与安装来说不具有适应性，需要开发针对高速机床的工件在机测量装置的装配与安装方法以满足高速数控车床及车销中心研发的需求。

发明内容

针对现有装调方法应用于高速车床加工特性在机测量装置装配与装调过程中的技术创造的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种高速车床加工特性在机测量装置的装配方法，该方法可以实现测量装置装调过程的数字化评估，装调精度高，调整过程方便有效。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种高速车床加工特性在机测量装置的装调方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、应用水平仪将光具座及其滑动的载物台实现水平调整。将靶标固定在光具座上，刻线处于水平状态且高低在线阵CCD的感光面成像有效的调整范围内。

步骤2、将另一面阵彩色CCD摄像机安装在光具座上，靶标，载物台，面阵彩色CCD摄像机依次排列。面阵彩色CCD摄像机瞄准靶标上水平刻线。将安装测量装置各部件的安装底板固定在载物台上，激光器安装在安装底板上，调整激光器俯仰和高低，使载物台在光具座上滑动时，激光光斑一直对准靶标上水平刻线同一位置。激光光斑位置的识别方法如下：1)、应用面阵彩色CCD摄像机采集激光光斑图像；2)根据彩色图像每个像素点的RGB值求HIS(色度，高度，饱合度)值；3)根据激光光束的频率，应用所求图像的色度值，分割出激光光斑图像并进行去噪处理，得到准确的分割后激光光斑的图像。4)、应用图像边缘检测算法获得激光光斑边缘，根据边缘像素点应用最小二乘拟合圆求取圆心的方法识别出激光光斑的位置。

步骤3、将线阵CCD安装在安装测量装置各部件的安装底板上，对线阵CCD的俯仰及高低调整，使安装有线阵CCD和激光器的安装底板在光具座上滑动时，线阵CCD一直获得靶标刻线的像。转动靶标使其与光具座导轨方向大约成15°至20°，调整线阵CCD的光敏面与成像透镜光轴的夹角，同时应用线阵CCD对刻线成像，计算采集图像沿刻线方向的梯度，并对梯度值进行排序，截取梯度值大的一端的一部分(例如：1/5或1/10)梯度值求其平均值，找梯度均值最大值对应的线阵CCD的光敏面与成像透镜光轴所夹的角度。

步骤4、将一带有安装基准平面的夹具固定在一导轨上，应用激光准直仪调整使夹具中安装基准平面在导轨上滑动时一直与导轨滑动方向垂直。将安装夹具的导轨安装在高速机床刀具座上，应用水平仪使导轨滑动方向处于竖直状态。

步骤5、将安装测量装置各部件的安装底板紧帖夹具安装基准平面固定。导轨安装的高低使安装测量装置各部件的安装底板沿导轨上下滑动时，激光器发出的光线经过机床主轴中心。然后以机床上经过车削加工的圆形工件为测量对象，调整安装测量装置各部件的安装底板的方位，应用刀具进给运动，使刀具沿进给方向运动时，激光器出射的激光光束照射在工件表面同一点。然后使导轨带动安装测量装置各部件的安装底板上下移动，从激光出射的光束及光束从物体表面的反射光束形成的三角关系以及光斑在线阵CCD的光敏面上所在的像点位置解算获取工件表面的位置信息测量值，当测量值为最小值时，固定夹具使之与导轨之间不再滑动，将激光器相对于导轨的位置固定下来。

本发明将图像处理技术应用到激光三角法测量装置的安装调校过程，提出了装调过程中的光斑定位识别方法，对焦成像评价方法等实现了调校过程观瞄效果评价的数字化，减小了调校过程中的主观影响因素，提高了调校的重复性及精度。实现了多步骤光路调整与机械位置调整过程评价方法的数字化，使复合调整中各步骤调整的可靠性提高，提高了综合调整过程的准确度和效率。

附图说明

图1为用于测量装置调校的刻线靶标图形。

图2高速车床加工特性在机测量装置装配方法示意图。

图3测量装置在高速车床上的装调方法示意图。

图中标号：1、光学平台，2、光具座，3、平台靶标，4、靶标上的刻线，5、载物台，6、测量装置，7、面阵CCD摄像机，8、机床导轨，9、机床刀具进给箱，10、刀具座，11、加工工件，12、刀具，13、安装导轨，14、夹具，15、机床尾架，16、夹具安装基准平面。

具体实施方式

参见图1、图2所示，本发明涉及的装配方法使基于点光源激光三角法的测量系统在有效地测量范围内光路成像满足Scheimpflug条件，并使由激光器，线阵CCD以及安装底板组成的测量装置，以下简称测量装置的出射光束与反射光束组成的平面与装置中线阵图像传感器件的感光像素在同一平面内并与测量装置的安装基准面平行。具体方法如下：在光学平台1上将光具座2的上表面用水平仪调整水平。将载物台5用光具座专用夹具固定在光具座上，在光具座上滑动载物台，并用水平仪调整使其上表面一直处于水平状态。用光具座方形支架将平面靶标3固定在光具座上，靶标刻线如图1所示。刻线朝向载物台。调整方形支架的高低及靶标的方向，使靶标上的刻线水平并使刻线高低在线阵CCD感光面成像有效的调整范围内。将面阵彩色CCD摄像机7安装固定在光具座上，使载物台5界于平面靶标3与面阵彩色CCD摄像机7中间。彩色CCD瞄准平面靶标3上刻线的十交叉点。将测量装置6的底板安装基准面紧贴载物台上表面固定，激光光源安装在测量装置安装底板上，调整激光光源俯仰和高低，使载物台6在光具座上滑动时，激光光斑一直对准平面靶标3上水平刻线十字交叉点。这种使激光光束与测量装置的安装基准面平行。激光光斑位置的识别方法如下：1)、应用面阵彩色CCD采集激光光斑图像；2)根据彩色图像每个像素点的RGB值求HIS(色度，高度，饱合度)值；3)根据激光光束的频率，应用所求图像的色度值(如：红色激光束，分割图像中色度值界与0°至10°之间或350°至360°之间的像素点)，分割出激光光斑图像并进行去噪处理，得到准确的分割后激光光斑的图像。4)、应用图像边缘检测算法获得激光光斑边缘，根据边缘像素点应用最小二乘拟合圆求取圆心的方法识别出激光光斑的位置。再将线阵CCD安装在测量装置安装底板上，对线阵CCD俯仰及高低调整，使测量装置在光具座上滑动时，线阵CCD一直获得平面靶标3如图1中刻线的像。这种可以使测量装置出射光束与反射光束组成的平面与装置中线阵图像传感器件的感光像素在同一平面内。然后将平面靶标3转动使刻线朝向线阵CCD成像一侧，并使靶标平面3与光具座2导轨方向大约成15°至20°，调整线阵CCD光敏面与成像透镜光轴的夹角，同时应用线阵CCD对刻线成像，计算采集图像沿刻线方向的梯度，并对梯度值进行排序，截取梯度较大的一部分求平均值，找梯度均值最大值对应的CCD光敏面与成像透镜光轴所夹的角度。这样使激光光源与线阵CCD光敏面在测量装置有效地测量范围内光路成像满足Scheimpflug条件。通过上述调整方法调整完成的测量装置应用线阵CCD快速获得序列光斑图像，通过图像恢复技术及光斑图像中心来像素提取技术可以获得激光光斑的位置，通过出射光束与反射光束三角关系解算即可获得反射点处的空间位置信息。因此经过上述方法装调完成的测量装置是一种高速车床在机测量装置，可以应用于高速车床加工工件的在机测量。

参见图3所示，本发明涉及的装调方法是将高速车床在机测量装置安装在高速机床上，使测量装置测量光路通过车床主轴轴线，并能将测量装置获取的高速旋转工件的表面位置信息有效地转化成为由车床主轴，刀具座，导轨组成的圆柱坐标系下，实现工件加工前的定位、加工过程中的在线测量、精加工后的在机检测功能。装调方法如下：将固定测量装置的夹具14安装安装在一行程在30mm左右的导轨13上，导轨13的直线度小于0.005mm。应用激光准直仪调整使夹具安装测量装置的基准平面16在导轨上滑动时一直与导轨滑动方向垂直状态。将安装有夹具13的导轨14安装在高速机床刀具座上，将水平仪放置在夹具安装测量装置的基准平面16上调整导轨14方位使夹具13在导轨14上滑动时基准平面16一直处于水平状态，确保导轨运动方向处于竖直方向。再将测量装置6的底板安装基准面紧贴基准平面16固定，调整测量装置6的方位，应用刀具进给运动，使刀具沿进给方向运动时，测量装置6出射的激光光束照射在工件表面同一点。导轨的安装位置需确保夹具13上的测量装置6沿导轨上下移动时，测量点经过机床主轴中心。然后以机床上经过车削加工的圆形工件为测量对象，使测量装置6沿导轨13上下移动时，从测量装置6获取工件表面位置信息，当测量值为最小值时，固定夹具使之与导轨之间不再滑动，将测量装置相对于导轨的位置固定下来。高速车床加工特性在机测量装置装配方法确保测量装置的出射光束与反射光束所组成的平面与测量装置底板安装基准平行。上述安装夹具上的基准与面与导轨方向垂直从而确保测量装置的出射光束与反射光束所组成的平面与导轨方向垂直。保证了的出射光束与反射光束所组成的平面与机床主轴旋转中心平行或重合。当测量装置测量圆形工件表面获取位置信息最小值时，测量装置的出射光束与反射光束所组成的平面经过机床主轴旋转中心。

Claims (2)

1.一种高速车床加工特性在机测量装置的装调方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、应用水平仪将光具座及其滑动的载物台实现水平调整，将刻线靶标固定在光具座上，刻线处于水平状态且高低在线阵CCD的感光面成像有效的调整范围内；

步骤2、将一面阵彩色CCD摄像机安装在光具座上，靶标，载物台，面阵彩色CCD摄像机依次排列，面阵彩色CCD摄像机瞄准靶标上水平刻线，将安装测量装置各部件的安装底板固定在载物台上，激光器安装在安装底板上，调整激光器俯仰和高低，使载物台在光具座上滑动时，激光光斑一直对准靶标上水平刻线同一位置；

步骤3、将线阵CCD安装在安装测量装置的安装底板上，对线阵CCD的俯仰及高低调整，使安装有线阵CCD和激光器的安装底板在光具座上滑动时，线阵CCD一直获得靶标刻线的像，转动靶标使其与光具座导轨方向成15°至20°，调整线阵CCD的光敏面与成像透镜光轴的夹角，同时应用线阵CCD对刻线成像，计算采集图像沿刻线方向的梯度，并对梯度值进行排序，截取梯度值大的一端的一部分梯度值求其平均值，找梯度均值最大值对应的线阵CCD的光敏面与成像透镜光轴所夹的角度；

步骤4、将一带有安装基准平面的夹具固定在一导轨上，应用激光准直仪调整使夹具中安装基准平面在导轨上滑动时一直与导轨滑动方向垂直，将安装夹具的导轨安装在高速机床刀具座上，应用水平仪使导轨滑动方向处于竖直状态；

步骤5、将安装测量装置各部件的安装底板紧帖夹具安装基准平面固定，导轨安装的高低使安装测量装置各部件的安装底板沿导轨上下滑动时，激光器发出的光线经过机床主轴中心，然后以机床上经过车削加工的圆形工件为测量对象，调整安装测量装置各部件的安装底板的方位，应用刀具进给运动，使刀具沿进给方向运动时，激光器出射的激光光束照射在工件表面同一点，然后使导轨带动安装测量装置各部件的安装底板上下移动，从激光出射的光束及光束从物体表面的反射光束形成的三角关系以及光斑在线阵CCD的光敏面上所在的像点位置解算获取工件表面的位置信息测量值，当测量值为最小值时，固定夹具使之与导轨之间不再滑动，将激光器相对于导轨的位置固定下来。

2.根据权利要求1所述的一种高速车床加工特性在机测量装置的装调方法，其特征在于，激光光斑位置的识别方法如下：1)、应用面阵彩色CCD摄像机采集激光光斑图像；2)根据彩色图像每个像素点的RGB值求HIS值，即色度，高度，饱合度值；3)根据激光光束的频率，应用所求图像的色度值，分割出激光光斑图像并进行去噪处理，得到准确的分割后激光光斑的图像；4)、应用图像边缘检测算法获得激光光斑边缘，根据边缘像素点应用最小二乘拟合圆求取圆心的方法识别出激光光斑的位置。

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