CN1035636A

CN1035636A - 自动测量系统

Info

Publication number: CN1035636A
Application number: CN88107589A
Authority: CN
Inventors: 小韦恩·R·穆尔; 凯文·S·巴尼
Original assignee: MOORE SPECIAL TOOL CO Inc
Current assignee: MOORE SPECIAL TOOL CO Inc
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1989-09-20
Also published as: US4890421A; AU2486488A; WO1989002343A1

Abstract

本发明涉及一种自动测量系统和使用带有切削工具装置的该系统的方法。该测量系统包括安装切削工具的切削工具夹持器。测头被自动地装到切削工具夹持器上，并可自动地从切削工具夹持器上卸下。最好将切削工具夹持器附加到工作上，该工作台用于放置被加工和被测量的工件。

Description

本发明应用的范围很宽，特别适用于机械加工材料的精密测量。更准确地说，本发明涉及的测头能自动地在磨头上装、卸而不会干扰切削工具。

为了按一定尺寸自动机加工零件，精密机床的制造者们采用许多不同的技术。一种方法是以测头或传感器作为基准，测量出切削工具相对于被加工零件的位置。当使用传感器探测的位置不变或者该位置与切削工具实际切削的位置有关时，这种方法可以取得令人满意的结果。美国4365301和4428055号专利描述了这种技术的实例。

自动机加工零件的第二种方法是先用切削工具粗加工零件到一定的尺寸。然后，将机床附带的切削工具更换成测头，使用该机床测量被加工的零件。之后再卸下测头重新装上切削工具以便将零件加工到最终尺寸。这种方法已在美国4118871、4145816和4203225号专利中披露。虽然这种技术效果不错，但是要使切削工具再次准确地装回到切削工具夹持器内的同样位置上却是十分困难的。

第三种方法是将测头始终装到切削工具夹持器上。然而，该测头要承受振动，而振动有可能损伤测头的可靠性。这种总的构思在美国3559257和3605909号专利中已经披露过。

另外，还有一种测量工件的方法，它是在工作台上安装一种检验装置。这种方法使被加工的零件尺寸和形状的适应性降低。这种结构的实例在美国3774312、4070762和4296474号专利中都有描述。

本发明的目的在于提供一种自动测量系统，该系统在测量时，将测头安装到测量工具夹持器上，一但测量完毕，该系统自动卸下测头。

本发明的优点是提供一种能消除上述各种现有技术方案中的一种或多种限制及缺点的自动测量系统。

本发明的另一个优点是提供一种能自动地确定被加工零件形状的自动测量系统。

本发明还有一个优点是提供一种相对来说并不复杂而且容易改型成与当前已知的测量工件的技术组合的各种机床的自动测量系统。

本发明的再一个优点是提供一种相对来说在制造方面比较经济的自动测量系统。

因此，本发明提供一种自动测量系统和使用该系统的方法。该系统与包括安装切削工具的切削工具夹持器的切削加工机床组合在一起。本发明提供一种测头能自动地在切削工具夹持器上装、卸。

图1是根据本发明将测头装在座标磨床上的示意图;

图2是图1沿2-2线的局部剖面图;

图3是另一种联接件的局部剖面图;

图4是图3沿4-4线的剖面图。

本发明涉及一种与切削工具装置12一起使用的自动测量系统10。切削工具夹持器14用于安装切削工具16。再有，在本发明中，测头15和装置20组合在一起，该装置20能自动地装到上述切削工具夹持器14上，并且能自动地从上述切削工具夹持器14上卸下。

参照图1，该图示出一种切削工具装置12，该装置12最好是美国4547996和4630214号专利中公开的那种类型的座标磨床。虽然，在本发明的最佳实施例中组合的是一种座标磨床，而与其他各种类型的切削工具装置，例如铣床、磨床、车床以及各种高精度产品制造中使用的其他类型的标准机床工具的组合都在本发明的范围之内。切削工具装置12包括相对于切削工具16而言是固定的切削工具夹持器14。然而，切削工具夹持器14，例如公知的磨头，在许多轴线上是可动的，如同在美国4547996和4630214号专利中所描述的那样。切削工具装置12附加到工作台22处，该工作台在图中只给出了一部分。该工作台能够在垂直于通过切削工具装置12延伸的轴线24的平面内或沿该轴线24运动。如图1所示，机床主轴主心线25沿着磨削工具16的磨削表面延伸。切削工具装置12最好用中轴心线25作为基准定位。图中示出工作台22的顶面28上放有一个工件26。最好使用传统的计算机系统（图中未画出）控制该工作台的移动，该计算机也用来控制磨头14和定位测头。

工件26被切削工具16，例如图中所示的砂轮，粗加工成型之后，测量工件26确定出加工余量。如同前面已经描述过的那样，在机械工业中可以使用很多种公知的技术未完成这种测量。然而，这些技术中的每一种都具有一定的限制，从而使得精度下降。虽然，可以对现有技术的不准确度进行限制，然而要想能重复地达到本发明的高精度是不容易的。

本发明的目的在于提供一种自动测量系统10，它能在机床操作者想要测量工件26的被切削量或切削余量时自动地将测头15装到磨头14上。测头15可以选择任何一种传统式测头。最好将测头15用传统方式固定到杆30上。为使测头15按要求定位，测头15与杆30的连接最好能使其位移的自由度很大。测头15最好与传统的计算机连接，计算机图中没有画出，计算机将使磨头14的位移与由测头15的读数确定的工件26的形状连系在一起。测头15的端部17与被测工件相接触并且产生对应该端17的位移的读数。根据该信息，确定切削工具16的位置，进一步按要求对工件26进行切削。

将经过检定的块规31固定在工作台22的台面28上。该块规31的尺寸是校准过的，用其作为基准准确地确定测头15的位置。用块规31确定测头15位置的技术已在此作了说明。

参照图1和2，图中示出了联接机构32，它能使测头15牢固地固定到切削工具夹持器14上。联接机构32包括与切削工具夹持器14固定的第二联接件34。该连接件34与切削工具夹持器14的连接最好采用传统的方法，例如焊接、夹紧、一个或多个螺丝或者粘接。联接件34的固定应保证其位置相对于切削工具夹持器14不得移动。

如图2所示，第二联接件34包括伸出件36，它具有最好形成大体上为矩形横截面的壁38，该联接件的一端40与切削工具夹持器14固定。该联接件36的另一端还有一个V形外表面结构42，它与矩形横截面壁38相交。在靠近V形外表面结构42的壁38上形成多个低凹46。虽然图中只示出两个低凹46，随意使用多少低凹都在本发明的范围之内。

联接机构32还包括第一联接件48。该联接件48包括壁50。该联接件48的第一端54上设有装置52用来固定测头15。固定测头的装置52包括穿过联接件48延伸的通孔56。通孔56的尺寸应适合安装杆30，而杆30又与测头15固定。杆30可以通过任何期望的方式，例如固定螺钉（未画出），牢固地固定在通孔56中。联接件48的第二端58包括一个V形槽60。V形槽60的形状应保证与从第一联接件34伸出的V形外表面结构42相配。

联接件48还包括至少有两个相对臂64和66的圆柱支承件62，它们伸出超过第二端58。两臂64和66中的每一个都包括一个通孔68，其尺寸适合于安装园柱70。每个园柱70受弹簧72的作用偏向相对的臂64或66。各弹簧72的偏移是通过调节在各通孔68中定位的各螺丝74来改变。联接件48还包括一个或多个通孔76用于固定测头到测头架上，这将在后面描述。

测头架78包括一个立柱80，其一端82最好采用任何期望的方式，例如焊接，固定到工作台22上。然而，在任何期望的位置上配置测头架也都在本发明的范围内。立柱80的另一端84包括一个具有多个直立的突起88的支承台86。各突起88的位置与第二联接件48上的各通孔76相配合。参照图2，该图示出了该支承台86的顶视图，在该台上画出了两个突起88，这两个突起88之间的距离与两个通孔76之间的距离基本相同。

为了更充分地理解本发明，下面将对自动测量系统10的使用方法给予描述。参考图1，测头15经过联接机构32与磨头14相连。磨头14由计算机辅助装置控制其运动，以便使测头15的端部17首先触及并测量块规31。于是，计算机将机械移动与测头的偏移连系起来。接下来，用计算机移动测头使其与工件26接触，测量出被加工件的准确尺寸。本发明的一个很重要的方面是当切削工具保留固定在切削工具夹持器14上时，就能实现测量这一事实。在工件26的尺寸被测量完之后，切削工具装置12由计算机控制使用切削工具16精密加工工件到要求的尺寸。然后，移动切削工具夹持器14将联接件48的一端54上的各通孔76与支承台86上的各直立突起88对准。接着将联接件48降至直立突起88上，以便存放测头直到再次需要时取用。切削工具夹持器14离开就位的联接件48的运动使得联接件34和48分离开来。

在需要测头再次测量工件26时，过程则相反，切削工具夹持器离开支承台86提起联接件34并与支承台对准，使得V形槽60与V形外表面42相配。当配合的各面稳固地就位时，各圆柱70偏移进入联接件34的各低凹46内。彼此相配的V形各表面的组合以及各圆柱偏移进入各低凹将测头每次都锁在实际相同的位置上，使得能够得到相当精确的测量。如果还想得到更精密的测量的话，测头要如前面描述过的那样使用块规31进行校准。这时抬起磨头14，使联接件48从直立的突起88升起，而后按照要求测头15测量块规31和/或工件26。

为了确保V形外表面42与V形槽60稳固地相配，可以通过任何方式，例如，让切削工具夹接器14往复运动，使联接机构32振动。

虽然，单独用磨头14确定联接位置已被描述过，然而，单独通过与切削工具夹持器14组合的工作台22的定位也能实现其联接和脱离，这都在本发明的保护范围之内。

本发明的另一实施例装有一个传统的机械手装置90，它包括机械手臂92，该手臂运送测头15到切削工具夹持器14上或从切削工具夹持器14上将测头卸下。机械手装置90最好与操纵切削工具装置12、测头15和工作台22的计算机控制相连。专用的机械手装置90并不构成本发明的主要方面，而且任何传统的装置都可以采用。机械手臂92最好在其一端96外包括一个夹紧机构94，它能夹紧第二联接件48的端部54。

操作时，如当联接件48与联接件34处在图1所示的连接状态时，机械手臂92夹紧联接件48的端部54，并将其与联接件34分离。然后，机械手臂将联接件48定位，使得各通孔76与支承台86上的各直立突起88对准。接下来，联接件48被放下到各直立突起88上，以便存放测头直到再次需要时取用。当再次需要测头测量工件26时，过程则相反，机械手臂92从直立突起88上提起联接件48将其与联接件34连接上，如同前面曾描述过的那样。

本发明的第二实施例是指如图3所示的联接件100。联接件100包括带有第一孔104和第二孔106的第一联接件102。一个圆筒形弹簧夹108设置在孔104和106内。弹簧夹108包括多个爪110，它们彼此向内偏置。每个爪110的端部都有两个侧壁111，它们与相邻爪的侧壁111相接触。当各爪110彼此向内偏置并接触，如图4所示的那样时，实际上形成整体倾斜壁114。壁114与第二联接件116牢固地啮合。第一联接件102还包括为安装杆30而设的通孔56′，杆30与测头15固定，如同前面所述的那样。标以撇号“，”的各数字所代表的各元件实际上与不加撇号“，”的各数字所代表的那些元件是相同的。此外，在第一联接件102上还设有通孔76′，用来与测头架78上的直立突起88相配。

第二联接件116具有大体上呈圆形的横截面，它包括第一端118，该端通过任何期望的方式与切削工具夹持器14牢固地固定。联接件116的第二端120包括一个伸出的指状物122，它具有锥形端面124，其最大直径大于指状物122的直径。

截头锥形表面126把锥形端面124与伸出的指状物122的伸出件127的较小直径连接起来。为实现联接，第一联接件102压向第二联接件116，使得锥形端面124与多个偏置的爪110的端部接触并将其张开。当联接件102继续朝联接件116移动时，各爪112弹回，使得倾斜面114压向形成在伸出的指状物122上的表面126，从而牢固地将联接件102和116连接起来。多个爪110的位置是这样的：第一联接件102的端面128与第二联接件116的端面130相对牢固地配合。端面128和130是平面齿轮，彼此相互啮合确保联接件102和116之间的连接。多个爪110可在孔104中定位，通过任何方式，例如靠定位螺钉132调节妥当并将其锁住。

本发明已经就V形连接和平面齿轮连接作了描述，而其他连接系统包括凸轮杆夹，磁力夹，液压夹或气动夹的使用都在本发明的范围内。

本申请所述的专利作为一个整体来体现。

很显然，本发明提供的自动测量系统和使用该系统的方法完全达到上述的目的，技术解决方案和优点。本发明已就具体的实施例的组合作了描述，然而各种可供选择的技术方案，变型和变化根据前面的说明书对所属技术领域内的普通技术人员来说都是显而易见的。因此包括所有这样的可供选择的技术方案，变型和变化都在权利要求书中要求保护的范围之内。

Claims

1、一种适合于与切削工具装置一起使用的自动测量系统，它包括：

安装切削工具的切削工具夹持器；

测头；和

自动地将上述测头装到上述切削工具夹持器上和自动地将上述测头从上述切削工具夹持器上卸下的装置。

2、权利要求1所述的自动测量系统，其特征在于上述的装、卸装置包括一个联接机构，上述的联接机构包括：

第一联接件，它与上述测头固定;

第二联接件，它与上述的切削工具夹持器固定;和

将第一和第二联接件组合在一起成啮合关系的装置，借此，第一和第二联接件彼此被牢固地固定。

3、权利要求2所述的自动测量系统，它包括：

工作台，上述切削工具夹持器附加到该工作台处;和

测头支承台，它固定到上述工作台上用于存放上述测头。

4、权利要求3所述的自动测量系统，其特征在于，上述的自动装、卸装置包括相对于上述工作台移动上述切削工具夹持器的装置。

5、权利要求4所述的自动测量系统，其特征在于，相对于上述工作台移动切削工具夹持器的装置包括相对于上述工作台确定上述测头位置的装置。

6、权利要求5所述的自动测量系统，其特征在于，它还包括使上述联接机构振动的装置以确保上述第一和第一联接件之间的牢固的啮合关系。

7、权利要求6所述的自动测量系统，其特征在于，上述的振动装置包括使切削工具头作往复运动的装置。

8、权利要求2所述的自动测量系统，其特征在于，它还包括运送上述测头到上述切削工具夹持器上和使上述测头从上述切削夹持器上离开的机械手臂装置。

9、权利要求5所述的自动测量系统，其特征在于，上述的第二联接件包括一个伸出件，它的一端与上述切削工具夹持器固定;

上述的伸出件在其第二端有一个V形外表面结构;和

在上述伸出件上有多个低凹。

10、权利要求9所述的自动测量系统，其特征在于，上述第一联接件包括在其第一端固定测头和在其第一端有一个V形槽的装置，上述V形槽的形状与由第二联接件伸出的V形外表面结构牢固地相配;和

园柱支承件，它包括至少两个固定在上述第一联接件上的相对的臂，并伸出超过上述的第一联接件的第二端，上述每个臂都有朝相对臂偏置的园柱并用于与伸出件上的多个低凹中的一个相啮合。

11、权利要求5所述的自动测量系统，其特征在于，它还包括大体上成园筒形的第一联接件，而且有在其中延伸的第一孔;

弹簧夹，它包括多个彼此向内偏置的爪，上述弹簧夹设置在上述第一孔内;

上述第一联接件的第一端与上述测头固定;和

上述第一联接件在该测头第二端的端面上有平面齿轮。

12、权利要求11所述的自动测量系统，其特征在于，上述第二联接件具有与上述切削工具夹持器固定的第一端和从其第二端延伸的伸出指状物;

上述第二端具有带平面齿轮的端面;和

上述的伸出指状物与上述第一联接件上的上述多个爪固定，以便牢固地固定第一和第二联接件，借此，第一和第二联接件端面上的平面齿轮彼此相互啮合。

13、自动测量工件的方法包括如下步骤：

安装切削工具夹持器;

安装测头;和

自动安装上述测头到上述切削工具夹持器上。

14、权利要求13所述的方法还包括从上述切削工具夹持器上卸下上述测头的步骤。

15、权利要求13所述的方法还包括下列步骤：

安装一个工作台，在工作台处有附加的切削工具夹持器，上述工作台上有附加的块规，上述工作台适用于安置工件;

安装切削工具到上述切削工具夹持器中;和

用上述测头通过相对于上述工作台移动上述切削工具夹持器测量上述块规;和

用上述测头通过相对于上述工作台移动上述切削工具夹持器测量工件。

16、权利要求15所述的方法包括当切削工具在上述切削工具夹持器内时自动地安装上述测头到上述切削工具夹持器上的步骤。

17、权利要求14所述的方法包括当测头没有被自动地在上述切削工具夹持器装、卸时，在上述工作台上存放上述测头的步骤。

18、权利要求13所述的方法包括下列步骤：

安装联接机构以便将上述测头装到上述切削工具夹持器上，上述联接机构包括与上述切削工具夹持器固定的第二联接件和与上述测头固定的第一联接件;和

自动地移动上述第二联接件与上述第一联接件成啮合关系，借此使第一和第二联接件彼此牢固地固定。

19、权利要求18所述的方法包括振动上述联接机构的步骤，为确保牢固的啮合关系。