CN103028782A

CN103028782A - 铲花数值控制加工方法

Info

Publication number: CN103028782A
Application number: CN2011102908188A
Authority: CN
Inventors: 觉文郁; 谢东贤; 陈嘉宏; 黄金辉; 王彦杰; 蔡颖坚
Original assignee: National Formosa University
Current assignee: National Formosa University
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: CN103028782B

Abstract

本发明是一种铲花数值控制加工方法，准备一移动平台及一电脑，该移动平台设有一激光位移计及一自动铲花装置，将一工件设于该移动平台，该激光位移计测量工件并绘出曲面，于电脑内输入一期望平坦度，由自动铲花装置对于工件进行加工，于电脑输入每平方英寸高点数及每平方英寸接触率及校正资料算出高点高度、低点深度与含油量，求出铲花长度、宽度及深度，并规划出铲花位置及路径，由该自动铲花装置进行作动，再通过该激光位移计测量经过铲花处理的工件的表面，并将该测量资料回传至电脑内分析结果，提供一高精确度的铲花数值控制加工方法。

Description

铲花数值控制加工方法

技术领域

本发明涉及一种铲花数值控制加工方法，尤指一种用于三维表面形貌测量及数值控制的自动化铲花方法。

背景技术

既有硬轨轨道面于组装前需经过铲花处理方可进行装配，其中前述的铲花技术主要是用以将硬轨滑动面较高处予以铲除，使机具的精度提高且于铲花凹槽(铲斑或油袋)处能用以储存或保留润滑油，使配合面接触滑动时能减少摩擦进而减少磨耗，并提高滑动面的精度寿命，因此，铲花技术是高精度高负荷的硬轨移动平台组立过程中奠定基础的重要步骤，且会对于整体移动平台产业的精度品质及可靠度具有决定性的影响。

既有的铲花技术于使用时，主要是将一显色剂涂抹在一标准治具上(如花岗岩平台)，再将一工件与该标准治具接触摩擦，使该涂抹于该标准治具上的显色剂转移至该工件的较高处，进而利用显色剂的多寡来决定该工件需铲除的量，并配合一千分量表与一厚薄规来判断该工件表面的高低差，若未达到需求则需重复上述动作，待达到需求后时，在该工件表面上平均分布油袋，再与该涂抹显色剂的标准治具摩擦，将工件的显色剂转印至一白纸或以一影像感应装置(如Charge-Coupled Device；CCD)拍摄工件表面，以检测该工件表面高点分布的均匀性。

然而，前述的铲花技术虽可对于工件的表面进行处理，但其过程繁复且仅能达到非常简略的高点检测，无法精确的分析工件的其他表面形态，例如接触率、高点高度、低点深度、含油量......等，尚有需加以改进之处。

发明内容

因此，本发明人有鉴于既有铲花技术过程繁复且无法分析工件的多样表面形态，特经过不断的研究与试验，终于发展出一种能改进既有缺失的本发明。

本发明的目的为提供一铲花数值控制加工方法，其通过扫描铲花件表面以及配合输入参数的方式，精确计算出工件需铲除的位置，进而提供一精确度高的铲花数值控制加工方法的目的。

为达到上述目的，本发明提供一铲花数值控制加工方法，其操作步骤包含有：

仪器设置与工件定位：准备一个三轴以上的移动平台及一与该移动平台相连接的电脑，在该移动平台的主轴上设置一激光位移计及一自动铲花装置，将一待铲工件设置于该移动平台的载台上进行定位；

绘制工件3D曲面：通过该电脑控制该移动平台的载台方式，使该激光位移计测量该待铲工件表面的曲面变化，并将该测量资料回传至该电脑内，对于该测量资料进行处理并绘制出该待铲工件表面的3D曲面；

输入平坦度参数：于该电脑内输入待铲工件的期望平坦度；

工件平面修整：待输入平坦度参数后，由该电脑依据所输入的平坦度参数与该工件表面的3D曲面进行运算，并规划出需铲除的位置、长度、宽度及深度，将该规划出的位置信号传送至该移动平台，通过该移动平台各轴作动的方式，对于该待铲工件及该自动铲花装置进行定位，待定位完成后，传送该长度、宽度及深度信号至该自动铲花装置中，使该自动铲花装置对于该待铲工件进行加工，以修整该待铲工件的平面度；

输入相关参数：于该电脑输入待铲工件期望的每平方英寸高点数及每平方英寸接触率，求出该自动铲花装置单次下刀的铲花长度及铲花宽度，并通过自动铲花装置的校正资料算出高点高度、低点深度与含油量，进一步算出自动铲花装置单次下刀的铲花深度；

路径规划与自动铲花：依据所输入的每平方英寸高点数及每平方英寸接触率，规划出油袋平均分布的铲花位置及路径，并将规划出油袋平均分布的铲花位置及路径资料传送至该移动平台中作定位，且驱动该自动铲花装置进行作动，对于该待铲工件进行铲花处理；以及

结果分析：通过该激光位移计测量该经过铲花处理的待铲工件表面的曲面变化，并将该测量资料回传至该电脑内，分析该测量结果是否可使油袋平均分布于该待铲工件的表面，若油袋平均分布于该待铲工件的表面，则完成铲花加工流程，若油袋未平均分布于该待铲工件的表面，则重新回到输入平坦度参数及输入相关参数的步骤中进行修正。

进一步，在仪器设置与工件定位的步骤中是调整移动平台主轴的高度，使该激光位移计的测量范围内可涵盖于整个待铲工件。

再进一步，在绘制工件3D曲面的步骤中，该载台是以“弓”字型转折移动的路径，并以等速度的方式相对该激光位移计及该主轴移动。

较佳地，在输入相关参数的步骤中，该高点高度是计算每一高点区域的平均高度，而低点深度是计算每一低点区域的平均深度。

较佳地，在输入相关参数的步骤中，该含油量是计算平面度以下的油袋体积。

凭借上述的技术手段，本发明铲花数值控制加工方法，仅需将待铲工件设置于该载台上，即可通过该激光位移计对于待铲工件表面进行扫描的方式，以读取待铲工件的表面原始变化值，并回传至该电脑中绘制出该待铲工件的表面3D曲面图，对于该3D曲面图进行平坦度的修整后，通过输入期望的每平方英寸高点数及每平方英寸接触率，以及由该自动铲花装置校正资料算出高点高度、低点深度与含油量，即可推算出该自动铲花装置单次下刀的铲花长度、宽度及深度，在规划出油袋平均分布的铲花位置及路径后，由该自动铲花装置对于该待铲工件进行铲花处理，并且于结束铲花的加工处理后，通过该激光位移计测量该经过铲花处理的待铲工件表面的曲面变化，并将该测量资料回传至该电脑内，分析该测量结果是否可使油袋平均分布于该待铲工件的表面，若油袋平均分布于该待铲工件的表面，则完成铲花加工流程；

再者，若油袋未平均分布于该待铲工件的表面，则重新回到输入平坦度参数及输入相关参数的步骤中进行修正，以使该待铲工件的铲花结果，可使油袋平均分布于该待铲工件的表面，以提供一高精确度的铲花数值控制加工方法。

附图说明

图1是本发明铲花数值控制加工方法的操作方块示意图；

图2是本发明铲花数值控制加工方法所用仪器的立体外观示意图；

图3是本发明铲花数值控制加工方法所用自动铲花装置的立体外观示意图；

图4是本发明铲花数值控制加工方法中待铲工件进行平坦度处理的剖面侧视示意图；

图5是本发明铲花数值控制加工方法待铲工件进行铲花处理的俯视示意图；

图6是本发明铲花数值控制加工方法中待铲工件油袋的剖面侧视示意图。

附图标记说明：10移动平台；11主轴；12载台；20电脑；30激光位移计；40自动铲花装置；50待铲工件。

具体实施方式

为能详细了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，兹进一步以图式(如图1至3所示)所示的较佳实施例，详细说明如后：

本发明是通过精简的激光光源扫描待铲工件表面的方式，以提供一高精确度的铲花数值控制加工方法，其操作流程包含有：

A、仪器设置与工件定位：准备一个三轴以上的移动平台10及一与该移动平台相连接的电脑20，在该移动平台10的主轴11上设置一激光位移计30及一自动铲花装置40，将一待铲工件50设置于该移动平台10的载台12上进行定位，并调整移动平台10主轴11的高度，使该激光位移计30的测量范围内可涵盖于整个待铲工件50；

B、绘制工件3D曲面：通过该电脑20控制该移动平台10载台12的方式，使该激光位移计30测量该待铲工件50表面的曲面变化B，并将该测量资料回传至该电脑20内，对于该测量资料进行处理并绘制出该待铲工件50表面的3D曲面，较佳地，该载台12是以“弓”字型转折移动的路径，并以等速度的方式相对该激光位移计30及该主轴11移动；

C、输入平坦度参数：在该电脑20内输入待铲工件50的期望平坦度C；

D、工件平面修整：待输入平坦度参数后，由该电脑20依据所输入的平坦度参数与该工件50表面的3D曲面进行运算，并规划出需铲除的位置、长度、宽度及深度，将该规划出的位置信号传送至该移动平台10，通过该移动平台10各轴作动的方式，对于该待铲工件50及该自动铲花装置40进行定位，待定位完成后，传送该长度、宽度及深度信号至该自动铲花装置40中，使该自动铲花装置40对于该待铲工件50进行加工，以修整该待铲工件50如图4所示的平面度(参考平面：D)；

E、输入相关参数：于该电脑20输入待铲工件50期望的每平方英寸高点数(Point Per Inch；PPI)及每平方英寸接触率(Percent age of Point；POP)，其中请配合参看如图5所示，该待铲工件50的面积为长度(L)×宽度(W)，以A为单位(图5所示铲花间距)，若待铲工件50的长度上有n个A，宽度上有m个A，则：

\begin{matrix} n = \frac{L}{A} & m = \frac{W}{A} \end{matrix} - - - (1)

该待铲工件50上的总点数为：

m(n-1)+n(m-1)+2(n+m) (2)

每平方英寸高点数(PPI)则为：

PPI = \frac{m (n - 1) + n (m - 1) + 2 (n + m)}{L \cdot W} - - - (3)

POP = (1 - \frac{(2 \times L_{K} \times W_{K} - W_{K}^{2})}{A^{2}}) \times 100 % - - - (4)

其中将上述方程式(3)的期望PPI值，代入下列的方程式(5)中，即可求出该自动铲花装置40单次下刀的铲花长度(L_k)(mm)：

L_{k} = \frac{(L + W) + \sqrt{{(L + W)}^{2} + 8 (PPI \times L^{2} \times W^{2})}}{\sin θ \times 2 (PPI \times L \times W)} - - - (5)

待求出该长度(L_k)后，将其代入方程式(4)中期望POP值，即可由所输入的每平方英寸接触率(POP)及长度(L_k)，推算出该自动铲花装置40单次下刀的铲花宽度(W_k)(mm)；

另外，通过该自动铲花装置40的校正资料算出高点高度(Height of Point；HOP)、低点深度(Depth of Surrounding；DOS)与含油量(体积；oil)，其中高点高度(HOP)是计算每一高点区域的平均高度，而低点深度是计算每一低点区域的平均深度，而含油量是如图6所示计算参考平面以下的油袋(储油体积：E)；

HOP = \frac{(H_{1} + H_{2} + . . . . . . . . . H_{n})}{n}

H_i，i＝1.......n (6)

H_i为每一个高点区的平均高度距离；

DOS = \frac{(D_{1} + D_{2} + . . . . . . . . . D_{n})}{n}

D_i，i＝1.......n (7)

D_i为每一个低点区的平均深度距离；以及

oil = Σ_{1}^{n} V_{i} - - - (8)

其中oil为含油量，Vi为低点区域的体积；

通过上述的所求出的铲花长度(L_k)、铲花宽度(W_k)(mm)及含油量后，可计算出自动铲花装置40单次下刀的铲花深度(Z_k)(mm)；

再者，铲花深度(Z_k)、铲花宽度(W_k)及铲花长度(L_k)，也可分别由该自动铲花装置40的Z轴和X轴驱动马达进行控制，其中Z轴的进给量会影响参数Z_k和W_k的大小，而X轴的进给量会影响参数L_k，且参数Z_k和W_k两者之间是存在一关系常数K值，其中该K值必须先经过校正才能获得：

Z_k＝(W_k)×K (9)

F、路径规划与自动铲花：依据所输入的PPI及POP规划出油袋平均分布的铲花位置及路径，并将规划出油袋平均分布的铲花位置及路径资料传送至该移动平台10中作定位，且驱动该自动铲花装置40进行作动，对于该待铲工件50进行铲花处理；以及

G、结果分析：通过该激光位移计30测量该经过铲花处理的待铲工件50表面的曲面变化，并将该测量资料回传至该电脑20内，分析该测量结果是否可使油袋平均分布于该待铲工件50的表面，若油袋平均分布于该待铲工件50的表面，则完成铲花加工流程，若油袋未平均分布于该待铲工件50的表面，则重新回到输入平坦度参数及输入相关参数的步骤中进行修正，以使该待铲工件50的铲花结果，可使油袋平均分布于该待铲工件50的表面，进而提供一高精确度的铲花数值控制加工方法。

凭借上述的技术手段，本发明铲花数值控制加工方法，仅需将待铲工件设置于该载台上，即可通过该激光位移计30对于待铲工件50表面进行扫描的方式，以读取待铲工件50的表面原始变化值，并回传至该电脑20中绘制出该待铲工件50的表面3D曲面图，对于该3D曲面图进行平坦度的修整后，通过输入期望的每平方英寸高点数(PPI)及每平方英寸接触率(POP)，以及由该自动铲花装置40校正资料算出高点高度(HOP)、低点深度(DOS)与含油量(体积)，即可推算出该自动铲花装置40单次下刀的铲花长度(L_k)、宽度(W_k)及深度(Z_k)，在规划出油袋平均分布的铲花位置及路径后，由该自动铲花装置40对于该待铲工件50进行铲花处理，并且于结束铲花的加工处理后，通过该激光位移计30测量该经过铲花处理的待铲工件50表面的曲面变化，并将该测量资料回传至该电脑20内，分析该测量结果是否可使油袋平均分布于该待铲工件50的表面，若油袋平均分布于该待铲工件50的表面，则完成铲花加工流程；

再者，若油袋未平均分布于该待铲工件50的表面，则重新回到输入平坦度参数及输入相关参数的步骤中进行修正，以使该待铲工件50的铲花结果，可使油袋平均分布于该待铲工件50的表面，以提供一高精确度的铲花数值控制加工方法。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种铲花数值控制加工方法，其特征在于，其包含有：

仪器设置与工件定位：准备一个三轴以上的移动平台及一个与该移动平台相连接的电脑，在该移动平台的主轴上设置一个激光位移计及一个自动铲花装置，将一个待铲工件设置于该移动平台的载台上进行定位；

输入平坦度参数：在该电脑内输入待铲工件的期望平坦度；

2.根据权利要求1所述的铲花数值控制加工方法，其特征在于：在仪器设置与工件定位的步骤中是调整移动平台主轴的高度，使该激光位移计的测量范围内能够涵盖于整个待铲工件。

3.根据权利要求1或2所述的铲花数值控制加工方法，其特征在于：在绘制工件3D曲面的步骤中，该载台是以“弓”字型转折移动的路径，并以等速度的方式相对该激光位移计及该主轴移动。

4.根据权利要求3所述的铲花数值控制加工方法，其特征在于：在输入相关参数的步骤中，该高点高度是计算每一高点区域的平均高度，而低点深度是计算每一低点区域的平均深度。

5.根据权利要求4所述的铲花数值控制加工方法，其特征在于：在输入相关参数的步骤中，该含油量是计算平面度以下的油袋体积。

6.根据权利要求1所述的铲花数值控制加工方法，其特征在于：在输入相关参数的步骤中，该高点高度是计算每一高点区域的平均高度，而低点深度是计算每一低点区域的平均深度。

7.根据权利要求1所述的铲花数值控制加工方法，其特征在于：在输入相关参数的步骤中，该含油量是计算平面度以下的油袋体积。