CN104416419A - 加工机机内断差补偿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种加工机机内断差补偿系统及方法，该加工机的加工主轴上安装有点激光检测装置。所述系统包括：控制模块，用于根据多个加工基准点的坐标，控制加工机移动到各加工基准点；检测模块，用于利用点激光检测装置得到各加工基准点的实际坐标；拟合模块，用于根据上述得到的加工基准点的实际坐标拟合得到基准平面；旋转模块，用于根据上述基准平面与预设的法平面之间的角度差，得到加工路径的所有加工点的于该基准平面的新坐标；补偿模块，控制加工机依次移动到每个加工点，通过点激光检测装置得到每个加工点的实际坐标，并计算得到各加工点的Z轴补偿值传输给加工机。本发明可以对待加工产品在Z方向的断差进行精度补偿。

Description

加工机机内断差补偿系统及方法
技术领域
本发明属于断差补偿领域，尤其涉及一种加工机机内断差补偿系统及方法。
背景技术
数控机床（Computer numerical control，CNC）加工机在加工产品时，由于加工来料的问题，来料厚薄不一致会导致Z方向加工不一致，再加上CNC加工装夹治具不能保证与CNC加工主轴的法向量绝对垂直,容易造成较大的加工误差，从而使得加工出来的产品厚薄不一致。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种加工机机内断差补偿系统及方法，其可以对待加工产品在Z方向的断差进行精度补偿，保证加工出来的产品厚薄一致。
所述加工机机内断差补偿系统运行于计算机中。该计算机与加工机通讯连接，该加工机的工作台上放置待加工产品，所述的加工机的加工主轴上安装有点激光检测装置，该系统包括：控制模块，用于根据计算机存储的加工程序中多个加工基准点的坐标，控制加工机进行相应的移动，使得加工机的刀具依次移动到各加工基准点；检测模块，用于利用点激光检测装置依次投射到待加工产品的各加工基准点上，得到各加工基准点的实际坐标；拟合模块，用于根据上述得到的加工基准点的实际坐标拟合得到基准平面，并获取得到该基准平面的中心点和法向量；旋转模块，用于根据上述得到的基准平面与加工机预设的法平面之间的角度差，将加工程序中的加工路径的所有加工点的坐标旋转到该基准平面，以得到加工路径中所有加工点的新坐标；补偿模块，根据加工路径中所有加工点的新坐标，控制加工机依次移动到每个加工点，通过点激光检测装置得到每个加工点的实际坐标，并通过断差归零得到各加工点的Z轴补偿值，以及将各加工点的Z轴补偿值传输给加工机。
所述加工机机内断差补偿方法应用于计算机中。该计算机与加工机通讯连接，该加工机的工作台上放置有待加工产品，所述的加工机的加工主轴上安装有点激光检测装置，该方法包括：控制步骤：根据计算机存储的加工程序中多个加工基准点的坐标，控制加工机进行相应的移动，使得加工机的刀具依次移动到各加工基准点；检测步骤：利用点激光检测装置依次投射到待加工产品的各加工基准点上，得到各该加工基准点的实际坐标；拟合步骤：根据上述得到加工基准点的实际坐标拟合得到基准平面，并获取得到该基准平面的中心点和法向量；旋转步骤：根据上述得到的基准平面与加工机预设的法平面之间的角度差，将加工程序中的加工路径的所有加工点的坐标旋转到该基准平面，以得到加工路径中所有加工点的新坐标；补偿步骤：根据加工路径中所有加工点的新坐标，控制加工机依次移动到每个加工点，通过点激光检测装置得到每个加工点的实际坐标，并通过断差归零得到各加工点的Z轴补偿值，以及将各加工点的Z轴补偿值传输给加工机。
本发明所提供的加工机机内断差补偿系统及方法通过将点激光检测装置安装到加工机的加工主轴上，利用点激光检测装置能够边检测边加工的特点，计算出加工点在Z方向断差的补偿值，并传输给加工机，使得加工机通过加工点的补偿值进行下刀加工，保证了加工出来的产品的厚薄相同。
附图说明
图1是本发明加工机机内断差补偿系统较佳实施例的系统架构图。
图2是本发明加工机中装夹治具的结构示意图。
图3是本发明加工机中点激光检测器与加工主轴之间的位置示意图。
图4是本发明加工机中点激光检测器的结构示意图。
图5是本发明加工机机内断差补偿系统较佳实施例的功能模块图。
图6是本发明加工机机内断差补偿方法较佳实施例的流程图。
主要元件符号说明
计算机 1
断差补偿系统 10
处理器 11
存储装置 12
加工机 2
装夹治具 20
工作台 200
X轴线性马达 201
X轴光学尺 202
Z轴线性马达 203
Z轴光学尺 204
刀具学尺 205
点激光检测装置 22
保护盒 220
点激光发射器 222
CCD接收器 224
防尘盖 2200
加工主轴 24
加工刀具 26
控制模块 100
检测模块 101
拟合模块 102
旋转模块 103
补偿模块 104
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
参阅图1所示，是本发明加工机机内断差补偿系统10较佳实施例的系统架构图。该加工机机内断差补偿系统10（以下简称“断差补偿系统10”）安装在一台计算机1中。所述计算机1包括处理器11及存储装置12，并与一台加工机2通讯连接。该加工机2可以是数控机床（Computer numerical control，CNC）加工机。
所述的加工机2用于对待加工产品（图中未示出）进行加工。该加工机2包括装夹治具20、点激光检测装置22、加工主轴24以及加工刀具26。
如图2所示，所述的装夹治具20包括工作台200、X轴线性马达201、X轴光学尺202、Z轴线性马达203、Z轴光学尺204以及刀具学尺205。所述的工作台200用于放置待加工产品。所述的加工机2通过上述X轴线性马达201、X轴光学尺202、Z轴线性马达203以及Z轴光学尺204控制加工刀具26移动到待加工产品的加工位置，再利用刀具学尺205精确定位到加工点，以对待加工产品进行加工。
所述点激光检测装置22与加工主轴24及加工刀具26的位置关系如图3所示。在本较佳实施例中，需要保证所述点激光检测装置22于待加工产品上的投射点的Z坐标值大于加工刀具26最底端的Z坐标值，且检测点与加工主轴24的轴线是有交点的。
所述的点激光检测装置22的结构示意图如图4所示。所述的点激光检测装置22包括保护盒220、点激光发射器222、以及电荷耦合装置（Charge Coupled Device，CCD）接收器224。所述的保护盒220用于使得点激光检测装置22所测得的数据不受外界环境影响。所述的点激光检测装置22通过保护盒220及挂钩（图中未使出）安装到CNC加工机2的加工主轴24上的。所述的点激光发射器222与加工刀具26同轴。所述的点激光发射器222发射激光束投射到待加工产品上再反射到CCD接收器224接收，通过三角定位计算出该投射点的Z坐标值。所述的保护盒220下端是可以打开和关闭的防尘盖2200。由于加工机2内环境很差，油污、粉尘等，所以需要保护装置，仅在测量时才打开该防尘盖2200。
所述的断差补偿系统10用于利用点激光检测装置22计算各加工点的断差补偿值，并传输给加工机2，使得加工机2通过加工点的补偿值进行下刀加工，保证了加工出来的产品的厚薄相同。
所述处理器11用于执行加工机机内断差补偿系统10中的各功能模块。所述的存储装置12用于存储计算机1的各类数据。所述存储装置12中可以存储有加工待加工产品的加工程序。该加工程序中包括了对待加工产品加工的加工路径的所有加工点的坐标，以及多个加工基准点的坐标。
参阅图5所示，是本发明加工机机内断差补偿系统10较佳实施例的功能模块图。该加工机机内断差补偿系统10包括控制模块100、检测模块101、拟合模块102、旋转模块103及补偿模块104。上述各功能模块100~104是完成特定功能的各个程序段，比软件程序本身更适合于描述软件在计算机设备，如计算机1中的执行过程，因此本发明对软件程序的描述都以模块描述。
所述的控制模块100用于根据加工程序中多个加工基准点的坐标，控制X轴线性马达201与Z轴线性马达203进行相应的移动，并通过刀具学尺205精确定位到各加工基准点。
所述的检测模块101用于控制点激光检测装置22的防尘盖2200打开，利用点激光检测装置22依次投射到待加工产品的各加工基准点上，得到各加工基准点的实际坐标。所述各加工基准点的X坐标值是不变的，其实际的Z坐标值是利用点激光发射器222与CCD接收器224计算得到的。应说明的是，在本较佳实施例中，通过所述的控制模块100与检测模块101需要计算出至少四个基准点的实际坐标。
所述的拟合模块102用于根据上述输出的检测点的坐标拟合得到基准平面，并获取得到该基准平面的中心点和法向量。在本较佳实施例中，所述的拟合模块102利用最小二乘法与拟牛顿迭代算法进行面的拟合。所述的拟合模块102根据最小二乘法迭代所述检测点相对于预拟合的基准平面的最佳位置，其中，所有点到该预拟合的基准平面的距离平方和的平均值最小（拟牛顿解非线形方程式），所述的迭代方程式为：
。
其中，X1，Z1为检测点的坐标，X2，Z2为预拟合的基准平面上的坐标，n为检测点的个数。
其中计算f（x）的方法包括子步骤一：当利用预设的迭代初始参数取得的f(x)小于一个预设的对齐精度FunX时，迭代结束，直接得到该第一次迭代取得的f(x)；子步骤二：当第一次取得的f(x)不小于FunX，利用数学法则如拟牛顿迭代法计算f(x)的下降方向，所述下降方向指使f(x)的值变小的方向，若不存在下降方向，流程同样结束，也输出得到第一次取得的f（x）；子步骤三：若存在所述下降方向，计算检测点沿下降方向移动预设的对齐步长D后到预拟合的基准平面的距离f(x+1)，其中，所述f(x+1)=f（x）+|D|；若上述计算得到的f(x+1)小于f(x)，返回子步骤二继续判断是否存在下降方向；若f(x+1)不小于f(x)，则返回子步骤三计算检测点沿下降方向再移动预设的对齐步长后到预拟合的基准平面的距离。
所述的旋转模块103用于根据上述得到的基准平面与加工机2预设的法平面之间的角度差，将加工程序中的加工路径的所有加工点的坐标旋转到该基准平面，以得到加工路径中所有加工点的新坐标。
所述的补偿模块104用于根据加工路径中所有加工点的新坐标，控制加工机2依次移动到每个加工点以得到每个加工点的实际Z坐标值，并通过断差归零得到各加工点的Z轴补偿值，以及将各加工点的Z轴补偿值传输给加工机2。加工机2通过各加工点的补偿值进行下刀，从而保证待加工产品的加工出来的产品厚薄相同。
如图6所示，是本发明调整画面显示的方法的第一较佳实施例的流程图。应该了解，本发明所述调整画面显示的方法并不限于图6所示流程图中的步骤及顺序。根据不同的实施例，图6所示流程图中的步骤可以增加、移除、或者改变顺序。
步骤S110，控制模块100根据加工程序中多个加工基准点的坐标，控制X轴线性马达201与Z轴线性马达203进行相应的移动，并通过刀具学尺205依次精确定位到各加工基准点。
步骤S111，检测模块101控制点激光检测装置22的防尘盖2200打开，并利用点激光检测装置22依次投射到待加工产品的各加工基准点上，得到各加工基准点的实际坐标。所述各加工基准点的X坐标值是不变的，其实际的Z坐标值是利用点激光发射器222与CCD接收器224计算得到的。
步骤S112，拟合模块102根据上述输出的检测点的坐标拟合得到基准平面，并获取得到该基准平面的中心点和法向量。在本较佳实施例中，所述的拟合模块102利用最小二乘法与拟牛顿迭代算法进行面的拟合。
步骤S113，旋转模块103根据上述得到的基准平面与加工机2预设的法平面之间的角度差，将加工程序中的加工路径的所有加工点的坐标旋转到该基准平面，以得到加工路径中所有加工点的新坐标。
步骤S114，补偿模块104根据加工路径中所有加工点的新坐标，控制加工机2依次移动到每个加工点，通过点激光检测装置22得到每个加工点的实际Z坐标值，并通过断差归零得到各加工点的Z轴补偿值，以及将各加工点的Z轴补偿值传输给加工机2。加工机2通过各加工点的补偿值进行下刀，从而保证待加工产品的加工出来的产品厚薄相同。应说明的是，该补偿值可为正也可为负。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种加工机机内断差补偿系统，运行于计算机中，该计算机与加工机通讯连接，该加工机的工作台上放置待加工产品，其特征在于，所述的加工机的加工主轴上安装有点激光检测装置，该系统包括：
控制模块，用于根据计算机存储的加工程序中多个加工基准点的坐标，控制加工机进行相应的移动，使得加工机的刀具依次移动到各加工基准点；
检测模块，用于利用点激光检测装置依次投射到待加工产品的各加工基准点上，得到各加工基准点的实际坐标；
拟合模块，用于根据上述得到的加工基准点的实际坐标拟合得到基准平面，并获取得到该基准平面的中心点和法向量；
旋转模块，用于根据上述得到的基准平面与加工机预设的法平面之间的角度差，将加工程序中的加工路径的所有加工点的坐标旋转到该基准平面，以得到加工路径中所有加工点的新坐标；及
补偿模块，根据加工路径中所有加工点的新坐标，控制加工机依次移动到每个加工点，通过点激光检测装置得到每个加工点的实际Z坐标值，并通过断差归零得到各加工点的Z轴补偿值，以及将各加工点的Z轴补偿值传输给加工机。
2.如权利要求1所述的加工机机内断差补偿系统，其特征在于，所述的点激光检测装置包括保护盒、点激光发射器以及电荷耦合装置CCD接收器，其中所述的保护盒的下端是能够打开与关闭的防尘盖，该防尘盖在测量时打开；所述的点激光发射器与加工刀具同轴，该点激光发射器发射激光束投射到待加工产品上再反射到CCD接收器接收，通过三角定位计算出该投射点的Z坐标值。
3.如权利要求2所述的加工机机内断差补偿系统，其特征在于，所述的点激光检测装置于待加工产品上的投射点的Z坐标值大于加工刀具最底端的Z坐标值，且与加工主轴的轴线有交点。
4.一种加工机机内断差补偿方法，应用于计算机中，该计算机与加工机通讯连接，该加工机的工作台上放置有待加工产品，其特征在于，所述的加工机的加工主轴上安装有点激光检测装置，该方法包括：
控制步骤：根据计算机存储的加工程序中多个加工基准点的坐标，控制加工机进行相应的移动，使得加工机的刀具依次移动到各加工基准点；
检测步骤：利用点激光检测装置依次投射到待加工产品的各加工基准点上，得到各加工基准点的实际坐标；
拟合步骤：根据上述得到的加工基准点的实际坐标拟合得到基准平面，并获取得到该基准平面的中心点和法向量；
旋转步骤：根据上述得到的基准平面与加工机预设的法平面之间的角度差，将加工程序中的加工路径的所有加工点的坐标旋转到该基准平面，以得到加工路径中所有加工点的新坐标；
补偿步骤：根据加工路径中所有加工点的新坐标，控制加工机依次移动到每个加工点，通过点激光检测装置得到每个加工点的实际Z坐标值，并通过断差归零得到各加工点的Z轴补偿值，以及将各加工点的Z轴补偿值传输给加工机。
5.如权利要求4所述的加工机机内断差补偿方法，其特征在于，所述的点激光检测装置包括保护盒、点激光发射器以及电荷耦合装置CCD接收器，其中所述的保护盒的下端是能够打开与关闭的防尘盖，该防尘盖在测量时打开；所述的点激光发射器与加工刀具同轴，该点激光发射器发射激光束投射到待加工产品上再反射到CCD接收器接收，通过三角定位计算出该投射点的Z坐标值。
6.如权利要求5所述的加工机机内断差补偿方法，其特征在于，所述的点激光检测装置于待加工产品上的投射点的Z坐标值大于加工刀具最底端的Z坐标值，且与加工主轴的轴线有交点。
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Application publication date: 20150318

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