CN102814707B - 一种触发式传感器触发行程的测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种触发式传感器触发行程的测定装置及测定方法，包括触发传感器、位移传感器、数据采集仪和工件，所述触发传感器带有测头，所述测头及工件均为导电体，所述测头通过电阻器与电源的正极连接，所述工件与所述电源的负极连接，所述测头、触发传感器及位移传感器均与数据采集仪连接，分别输送测头与工件的接触信号、触发信号及位移信号。本发明测定方法为当测头向工件移动、接触过程中，通过数据采集仪记录测头与工件的接触时刻T1和触发信号的时刻T2，并计算T1到T2时间段内的位移量即为触发行程。本发明测定装置结构简单，性能可靠，测定方法简单、方便，整个测定过程中不包含机床、测头系统之外的其它误差，从而提高了触发行程的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于在机检测技术，涉及一种在机检测接触触发式传感器触发行程的测定装置，还涉及利用这种测定装置测定触发式传感器触发行程的方法。
背景技术
在机检测是将测量系统集成在数控加工机床上的一种高度集成化系统。在机检测技术通过在数控加工机床上安装检测传感器，在测量软件的控制下完成被检测几何量等的自动检测功能，实现加工中心等数控加工机床中工件坐标系设定、调整、在线质量监控，并通过误差补偿技术，修正测量结果。由于整个过程都是由机床自动完成，因此避免了人为误差。使用在机检测系统的最大优点是节省了加工与检测两个环节之间的辅助时间，减小了工件在加工与检测过程中的多次安装定位误差，改善了加工精度。
数控机床在机测量甚至三坐标测量机的测量中，广泛使用接触触发式传感器进行测量，其测头品种繁多，通常具有三维触发测量功能，是一种触发精度很高的触点，在测量软件的控制下可在数控机床上进行自动测量。
现有接触触发式传感器大多采用如图1所示的结构，其工作原理如下：测头靠近工件且测头前端与工件处于接触的临界状态时，由于接触力没有达到传感器设计的触发力，此时传感器并没有产生触发信号；当测头继续压向工件，其与工件的接触力达到传感器设定的触发力时，传感器产生触发信号，此信号由数控系统接收并立即记录当前机床各轴的坐标位置完成工件的测量。
根据其工作原理可知，测头从接触工件到产生触发信号，测头已经越过工件移动了一个行程，此行程称为触发行程。采用此方式触发的测头存在以下弊端：由于触发行程的存在，触发时记录的机床坐标位置并不是测头与工件接触时的实际位置，因此产生测量误差；当测头从不同方向接触测量工件时，克服内部弹簧所需的接触力并不相同，这就导致了触发行程也不同，从而降低了重复精度。另外，测头端部与被测工件接触时，测杆由于受力会发生弯曲变形，同样会引入测量误差，且该误差随着测杆的长度增加而增加。这些都是潜在的测量误差源，其中，由于触发力很小，测杆受力产生的弯曲变形可以忽略不计，而触发行程的变化是最大的测量误差源。因此，测量前对测头的触发行程进行测定，对提高测量精度至关重要。
国内外不少学者对于测头触发行程误差的测定方法主要是从测杆触发时受力情况出发，建立触发力学模型，得到不同触发区间的触发力，由触发力推导出不同触发区间的触发行程量计算公式。但如果要按照理论分析获得的计算公式计算，则先要确定出公式中的各项参量，在确定这些参量时又会产生误差，同时计算过程也很繁琐。这种方法在现场效率较低，不太适宜。
还有学者提出通过测头有效直径标定、偏心标定和长度标定来测定测头XY平面内触发行程的方法。由于其所提出的方法均依赖于在机测量用的机床，其中包含了测头系统的动态误差，因此也无法精确地识别出测头的触发行程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精确度高的触发式传感器触发行程的测定装置，以解决现有技术无法精确测定传感器触发行程的问题，减小测量误差。
本发明的另一个目的是提供利用所述触发式传感器触发行程的测定装置测定触发行程的方法。
本发明的目的是这样实现的，一种触发式传感器触发行程的测定装置，包括触发传感器、位移传感器、数据采集仪和工件，所述触发传感器带有测头，所述测头及工件均为导电体，所述测头通过电阻器与电源的正极连接，所述工件与所述电源的负极连接，所述测头、触发传感器及位移传感器均与数据采集仪连接，分别输送测头与工件的接触信号、触发信号及位移信号。
所述触发传感器和位移传感器均固定在机床主轴上，所述机床主轴与机床数控系统连接，所述工件固定在机床工作台上。
本发明的另一个目的是这样实现的，利用所述触发式传感器触发行程的测定装置测定触发行程的方法，当所述测头向所述工件移动、接触过程中，所述测头与工件的接触信号、触发信号及位移信号分别通过所述侧头、触发传感器和位移传感器输入所述数据采集仪，记录所述测头与所述工件的接触时刻T1和所述触发传感器产生触发信号的时刻T2，T1到T2时间段内所述位移传感器相对于所述工件的位移量即为触发行程。
具体步骤如下：
步骤1、开启所述数据采集仪，记录测头与工件的接触信号、触发信号和位移信号；
步骤2、所述机床数控系统控制所述测头向所述工件移动，当所述测头与所述工件刚好接触时，记录此时刻T1；所述测头继续向所述工件靠近，当所述触发传感器产生触发信号时，记录此时刻T2；
步骤3、通过数据采集仪记录的位移信号计算T1到T2之间的位移量，即为测头的触发行程。
本发明具有如下有益效果，本发明的测头和工件均为导电体且分别与电源的正极、负极相连，通过侧头、触发传感器和位移传感器，将测头与工件的接触信号、触发信号及位移信号分别引入数据采集仪，通过记录测头与工件的接触时刻和触发时刻，即可计算出触发传感器的触发行程。本发明测定装置结构简单，性能可靠，测定方法简单、方便，整个测定过程中不包含机床、测头系统之外的其它误差，从而提高了触发行程的测量精度。
附图说明
图1为现有接触触发式传感器测头示意图；
图2为本发明测定装置结构示意图；
图3为本发明测头触发过程示意图；
图4本发明测量过程分析时序及信号；
图5本发明实施例的时序及信号。
图中：1.机床工作台，2.机床主轴，3.测头，4.位移传感器，5.计算机，6.数据采集仪，7.工件，a.位移信号，b.接触信号，c.触发信号。
具体实施方式
一种触发式传感器触发行程的测定装置，参见图2，包括触发传感器、位移传感器4、数据采集仪6和工件7，触发传感器带有测头3，测头3及工件7均为导电体，测头3通过电阻器R与5V电源的正极连接，工件7与该电源的负极连接，触发传感器固定在机床主轴2上，位移传感器4通过磁力表固定在机床主轴2上，工件7固定在机床工作台1上，位移传感器4与工件7连接，测头3、触发传感器及位移传感器4均与数据采集仪6连接，分别输送测头3与工件7的接触信号b、触发信号c及位移信号a。
为了实现触发行程的测量，本发明中测头3的尺寸规格与实际使用的测头完全一样，只是材料为导电体。
本发明将测头3与工件7的接触信号b、触发信号c及位移信号a分别通过测头3、触发传感器和位移传感器4引入数据采集仪6，位移传感器4可实时测量测头3与工件7之间的相对位移量，当测头3与工件7接触时，信号b为低电平，测头3与工件7离开时，其信号为高电平；当测头3与工件7接触并产生触发信号c时，数据采集仪6可记录其触发信号c高低电平的变化。
具体测定步骤如下：
步骤1，开启数控采集仪，同时记录接触信号b、触发信号c及位移信号a；
步骤2，由机床数控系统控制机床主轴2向机床工作台1移动，当测头3与工件7刚好接触时，接触信号b由高电平变为低电平，记录此时刻为T1；继续控制机床主轴2向机床工作台1靠近，当测头3产生触发信号c时，触发信号c由高电平变为低电平，记此时刻为T2。T1与T2的关系如图3所示。
步骤3，在实施步骤2和步骤3时，位移传感器4输入的位移信号a也同时被数据采集仪6记录下来，由计算机5对数据进行处理，计算在T1时刻到T2时刻之间的位移传感器4的读数差值ΔS即为测头的触发行程，如图4所示。
实施例
本实施例采用海克斯康40.01-TX/RX型号的测头，采用NEC2300数据采集仪6，设置采样周期:1ms。位移传感器4的分辨率0.0001mm，触发传感器3的触发信号c高电平24V，低电平0V。测头3与工件7的接触信号b高电平5V，低电平0V。
按照上述测定步骤对触发传感器的触发行程进行测量，采集的接触信号b、触发信号c及位移信号a的曲线如图5所示，触发行程的测量结果为0.0844mm。
Claims (2)
1.一种触发式传感器触发行程的测定装置，其特征在于：包括触发传感器、位移传感器(4)、数据采集仪(6)和工件(7)，所述触发传感器带有测头(3)，所述测头(3)及工件(7)均为导电体，所述测头(3)通过电阻器(R)与电源的正极连接，所述工件(7)与所述电源的负极连接，所述测头(3)、触发传感器及位移传感器(4)均与数据采集仪(6)连接，分别输送测头(3)与工件(7)的接触信号、触发信号及位移信号；所述触发传感器和位移传感器(4)均固定在机床主轴(2)上，所述机床主轴(2)与机床数控系统连接，所述工件(7)固定在机床工作台(10)上。
2.利用如权利要求1所述的触发式传感器触发行程的测定装置测定触发行程的方法，其特征在于：当所述测头(3)向所述工件(7)移动、接触过程中，所述测头(3)与所述工件(7)的接触信号(b)、触发信号(c)及位移信号(a)分别通过所述测头(3)、触发传感器和位移传感器(4)输入所述数据采集仪(6)，记录所述测头(3)与所述工件(7)的接触时刻T1和所述触发传感器产生触发信号的时刻T2，通过数据采集仪记录的位移信号计算T1到T2时间段内的位移量即为触发行程；
具体步骤如下：
步骤1、开启所述数据采集仪(6)，记录测头(3)与工件(7)的接触信号(b)、触发信号(c)和位移信号(a)；
步骤2、所述机床数控系统控制所述测头(3)向所述工件(7)移动，当所述测头(3)与所述工件(7)刚好接触时，记录此时刻T1；所述测头(3)继续向所述工件(7)靠近，当所述触发传感器产生触发信号时，记录 此时刻T2；
步骤3、通过数据采集仪记录的位移信号计算T1到T2之间的位移量，即为测头的触发行程。
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