CN102809344A - 曲线的线轮廓度在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲线的线轮廓度在线检测方法，工件加工好后，不松压板；在另一工件上加工一个标准槽，将杠杆百分表在标准槽内调整好刻度A；待测工件在不松压板的情况下，将数控铣的刀具补偿值设为标准槽的槽宽，走到待测点；旋转杠杆百分表，并确定杠杆百分表读数的最大值M，最大值M与刻度A之间的差值C即为曲线该点的法向误差；若差值C不大于法向允许误差E，则判定被测工件的曲线的线轮廓度符合要求；否则判定被测曲线的线轮廓度不符合要求。本发明的曲线的线轮廓度在线检测方法，具有操作简单、所需设备简单且成本低等优点。

Description

曲线的线轮廓度在线检测方法

技术领域

本发明涉及一种曲线的线轮廓度在线检测方法。

背景技术

在机械加工过程中，工件的表面常常要加工曲线，对加工后的曲线轮廓要进行检测，以确定曲线轮廓是否符合加工的标准要求。曲线轮廓度的误差允许范围如图4所示，检测点只要落在两条包络线内即说明加工的曲线符合线轮廓度要求，其法向允许误差E为d/2，d为线轮廓度允许值。在现有技术中，常常采用三坐标测量机对工件的曲线轮廓进行检测，但是由于三坐标测量机不能确定尖点位置，所以不能直接检测尖点，给工件的曲线轮廓检测带来困难。在现有技术中，采用在线检测系统进行检测，由测量头将测量的数据传递给微处理器，需要进行数据采集、数据传输和数据处理，系统复杂，测量成本很高，而且操作不方便。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种曲线的线轮廓度在线检测方法，以便于对曲线的线轮廓度进行准确地检测。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

曲线的线轮廓度在线检测方法，其特点是，包括以下步骤：

a.工件加工好后，不松压板；在另一工件上加工一个标准槽，将杠杆百分表在标准槽内调整好刻度，调整好杠杆百分表后将杠杆百分表的刻度记为刻度A；

b.在不松待测工件之上的压板的情况下，将数控铣的刀具补偿值设为标准槽的槽宽，将杠杆百分表移动到其待测点；

c.在待测点旋转杠杆百分表，并确定杠杆百分表读数的最大值M，最大值M与刻度A之间的差值C即为曲线在该点的法向误差；若差值C不大于法向允许误差E=d/2，则判定被测工件的曲线的线轮廓度符合要求；否则判定被测工件的曲线的线轮廓度不符合要求。

本发明的曲线的线轮廓度在线检测方法的特点也在于：

所述的曲线的线轮廓度在线检测方法还包括复测步骤：用三坐标测量机进行复测；然后采用求交点及补偿误差的方法解决尖点检测问题。用三坐标测量机直接测量曲线上非尖点处各点，计算其线轮廓度；三坐标测量机无法确定测量点是否正好是尖点；

尖点Q测量步骤如下：

Ⅰ）建立坐标系

Ⅱ）在该曲线上靠近检测线处测两点G，H，并作直线；

Ⅲ）在检测线上测两点，并作直线；

Ⅳ）作两直线交点，得点V坐标；

根据f（x）及点G，H，V，可求得VQ，FQ；将其作为补偿值，即可准确得到点Q的坐标，计算线轮廓度。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的曲线的线轮廓度在线检测方法，采用旋转杠杆百分表并利用数控机床编程功能解决了曲线线轮廓度检测问题，采用求交点并补偿误差的方法解决了三坐标测量机尖点检测问题。只增加一个杠杆百分表即可在数控铣上实现对立铣刀加工曲线的线轮廓度进行在线检测，与现在的在线检测系统（测量头+数据采集+数据传输等）相比，成本低，且操作简单、直观。

附图说明

图1为本发明的曲线轮廓度在线检测方法的检测时的立体图。

图2为本发明的曲线轮廓度在线检测方法的杠杆百分表在标准槽内的状态图。

图3为本发明的曲线轮廓度在线检测方法的求交点及补偿误差的方法的原理图。

图4为曲线轮廓度的检测的误差示意图。

图5为本发明的一个实施例的复测过程中建立的直角坐标系的示意图。

图6为本发明的一个实施例的复测过程中的曲线检测步骤的示意图。

图7为本发明的一个实施例的复测过程中的检测点检测步骤中建立的平面的示意图。

图8为本发明的一个实施例的复测过程中检测点检测步骤中的求外推误差的示意图。

图9为本发明的一个实施例的复测过程中检测点检测步骤中的求外推误差的示意图。

图10为本发明的一个实施例的复测过程中其中一点的极限状态图。

附图1～附图3中标号：1工件，2标准槽，3杠杆百分表，4主轴夹头，5压板，6待测点。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1～图3，曲线的线轮廓度在线检测方法，包括以下步骤：

a.工件加工好后，不松压板；在另一工件1上加工一个标准槽2，将杠杆百分表3在标准槽2内调整好刻度，调整好杠杆百分表3后将杠杆百分表3的刻度记为刻度A；

如图2所示，用多个压板5压紧有标准槽的工件，将杠杆百分表3装在数控铣床的主轴夹头4上，并操作数控铣床使得杠杆百分表3的测量头进入标准槽2，然后调整好刻度，并记下该刻度A。

b.在不松待测工件之上的压板5的情况下，将数控铣的刀具补偿值设为标准槽2的槽宽，将杠杆百分表3移动到其待测点6；

c.在待测点6旋转杠杆百分表3，并确定杠杆百分表3读数的最大值M，最大值M与刻度A之间的差值C即为曲线在该点的法向误差；若差值C不大于法向允许误差E=d/2（如图4所示，E=d/2，d为线轮廓度），则判定被测工件的曲线的线轮廓度符合要求；否则判定被测工件的曲线的线轮廓度不符合要求。

然后，再用三坐标测量机进行复测，并采用求交点及补偿误差的方法解决尖点检测问题。

图3中，f（x）为待测曲线的函数式，Q为检测点，G，H为该曲线上靠近检测线处的点；P（x）为过点G，H  的线性函数，a=f(X_H)-f(X_Q)， $b=(X_H-X_F)\·\mathrm{tg}\∠\mathrm{HFN}=|(X_N-X_F)\·\frac{f\left(X_H\right)-f\left(X_G\right)}{X_H-X_G}|,$ c，d为点F，G，H间X坐标差。

1、用三坐标测量机直接测量曲线上非尖点处各点，计算其线轮廓度。

2、三坐标测量机无法确定测量点是否正好是尖点，所以尖点Q测量步骤如下：

1)建立坐标系

2)在该曲线上靠近检测线处测两点G，H，并作直线；

3)在检测线上测两点，并作直线；

4)作两直线交点，得点V坐标；

根据f（x）及点G，H，V，可求得VQ，FQ；将其作为补偿值，即可准确得到点Q的坐标，计算线轮廓度。

例如，为验证加工精度，用我厂MQ8106三坐标测量机复测精度，其检测精度为0.005mm。

工件如图5所示，其中 $f\left(X\right)=121.032-\frac{{(X-492)}^2}{2000}.$

尖点Q测量步骤如下

1．建立坐标系

三坐标测量机检测首先要建立坐标系。在图5中，柱面指曲线因板厚而形成的曲面，立面指直线因板厚而形成的平面。

在三坐标测量机工作台上放置基础板，用磨削的垫块垫实、压紧工件，垫块位置如图5所示。将K面即垫块上表面设置为XOY平面，取O’P立面与XOY平面的交线J为X轴，取AO’立面与直线J的交点为原点，建立坐标系，并将原点平移至点O。

2．曲线柱面的检测

1）曲线检测

按在线检测的坐标复测试件(检测点除外)。检测方法：设待测点A’，其理论点为A，测量结果应为

由f(X)得tgλ=－(X-492)/1000…(1)，检测线偏离理论位置的极限为0.05mm,由(1)式得A，A’的tgλ差值可忽略∴A’点法向误差可视为A点法向误差，根据分析式算出该点的ΔY，图纸要求线轮廓度为0.1，由图6得：即为合格。为缩短数据处理时间，在电子表格中输入了计算公式，检测时录入数据后即可判定是否合格。检测结果：所有检测对象都合格。

2）检测点检测

三坐标测量机无法确定测量点是否正好是尖点，所以无法直接测得尖点坐标。先测两直线交点，步骤如下：

按图7柱面所示三点建立平面1，立面所示三点建立平面2，柱面与K面的交线即曲线，立面与K面的交线即检测边(图8中FQ或VQ)。

这种用直线代替曲线的方法，存在误差，如图8所示，X∈[X_Q，，X_H]，X_H－X_Q=4，它们的交点即点F(不包括点O,点P，点E)，(当X>492时图七按轴线HH’镜像)。曲线是光滑连续的，且曲线在检测处全部合格（包括H，G处），所以通过H，G求点Q的外推误差为：FQ=a－b，其中X_F=X_Q，当X<492时,X_G=X_Q+1，X_H=X_Q+4，，当X>492时,X_G=X_Q－1，X_H=X_Q－4，a=f(X_H)-f(X_Q), $b=\frac{f\left(X_H\right)-f\left(X_G\right)}{X_H-X_G}\&CenterDot;|X_H-X_F|,$ $f\left(X\right)=121.032-\frac{{(X-492)}^2}{2000},$ ∴FQ=0.002。

求点E外推误差见图七，FE=a-b，其中

b=f(X_E)-f(X_H)，X_E=492,X_F=X_E，,X_G=X_E－1，X_H=X_E－4，∴FE=0.002。

检测线最大偏差0.05,计算可得：FQ及FE在0.002±0.00013之间,∴除点O,点P外Y_检测点=Y_交点-0.002，X_检测点=X_交点

检测点O点理论状态的外推误差即图8中VQ(Q点即O点的理论位置)，其中V为测得交点，X_Q=0，

O点处VQ的极限状态见图10,曲线是光滑连续的，JF=0.002, $\mathrm{DJ}=0.05+\frac{0.05}{\cos \mathrm{\&beta;}},$ $\mathrm{tg\&alpha;}=\frac{f\left(X_H\right)-f\left(X_G\right)}{X_H-X_G},$ tgβ=0.492,VQ_极=0.0052,∴取

同理X_P=X_交点－0.0046

检测结果表明，加工精度符合图纸要求，且与在线检测结果相吻合，所以能加工支板。

本方法只增加一个杠杆百分表即可在数控铣上实现对立铣刀加工曲线的线轮廓度(的)进行在线检测，与现在的在线检测系统（测量头+数据采集+数据传输等）相比，成本低，且操作简单、直观。三坐标测量机由于不能确定尖点位置，所以不能直接检测尖点，本发明解决了该问题。

Claims (2)

1.曲线的线轮廓度在线检测方法，其特征是，包括以下步骤：

a.工件加工好后，不松压板；在另一工件（1）上加工一个标准槽（2），将杠杆百分表（3）在标准槽（2）内调整好刻度，调整好杠杆百分表（3）后将杠杆百分表（3）的刻度记为刻度A；

b.在不松待测工件之上的压板（5）的情况下，将数控铣的刀具补偿值设为标准槽（2）的槽宽，将杠杆百分表（3）移动到其待测点（6）；

c.在待测点（6）旋转杠杆百分表（3），并确定杠杆百分表（3）读数的最大值M，最大值M与刻度A之间的差值C即为曲线在该点的法向误差；若差值C不大于法向允许误差E=d/2，则判定被测工件的曲线的线轮廓度符合要求；否则判定被测工件的曲线的线轮廓度不符合要求。

2.根据权利要求1所述的曲线的线轮廓度在线检测方法，其特征是，还可以包括复测步骤：用三坐标测量机进行复测；用三坐标测量机直接测量曲线上非尖点处各点，计算其线轮廓度；三坐标测量机无法确定测量点是否正好是尖点；

尖点Q测量步骤如下：

Ⅰ）建立坐标系；

Ⅱ）在该曲线上靠近检测线处测两点G，H，并作直线；

Ⅲ）在检测线上测两点，并作直线；

Ⅳ）作两直线交点，得点V坐标；

根据f（x）及点G，H，V，可求得VQ，FQ；将其作为补偿值，即可准确得到点Q的坐标，计算线轮廓度。

Images