CN108311952A - 一种实时自反馈数控机床及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种实时自反馈数控机床及其加工方法，包括机体、红外双目测量单元、红外光源、触发式测头、控制系统、陶瓷标定板，先将红外双目测量单元固定在适当的位置，调整好姿态使其视场能完全覆盖整个加工区域，然后通过陶瓷标定板标定好红外双目测量单元坐标系和机床坐标系间的转化关系，标定好相机后点亮在主轴最下边缘处均匀安装的红外光源，让刀具移动到加工区域的各个位置，通过激光跟踪仪辅助双目测量单元完成刀具运动轨迹的标定工作，并建立坐标库，加工中通过红外双目单元获得刀具的运动轨迹，同步对工件加工精度进行检测，从而实时调整刀具运行轨迹。本发明较好的提高了生产效率，实现了全程自反馈加工。

Description

一种实时自反馈数控机床及其加工方法

技术领域

本发明涉及机加工技术领域，特别是涉及实时自反馈数控机床及其加工方法。

背景技术

目前常用的机加工方法多是采用数控机床按预设的程序加工后，再用坐标测量机检测误差从而指导加工工艺修正的方法,该方法是目前在我国应用最为广泛的机加工方法之一，但是这种方法存在检测效率低，反馈不及时，无法实现自反馈加工等缺陷。

发明内容

为了克服现有技术领域存在的上述缺陷，本发明的目的在于，提供一种实时自反馈数控机床及其加工方法，能够准确的进行加工中的自动检测和校准，通过对机床、红外双目测量单元、红外光源和触发式测头的控制，可以在加工中及时修正刀具进给的轨迹，从而较好的实现自反馈加工，解决现有机加工过程存在检测效率低，反馈不及时，无法实现自反馈加工等问题。

本发明所采用的技术方案是：一种实时自反馈数控机床，包括机体、红外双目测量单元、红外光源、触发式测头、控制系统、陶瓷标定板，所述红外双目测量单元和触发式测头固定在机体同一侧，所述红外光源均匀安装在主轴下边缘，所述陶瓷标定板安装在夹具上，所述控制系统与机体、红外双目测量单元、红外光源通信，所述机体包括底座、工作台、导轨、立柱、主轴箱、主轴、十字滑台、夹具，所述导轨包括X向导轨、Y向导轨、Z向导轨。

所述的一种实时自反馈数控机床的加工方法，其步骤为：

S1：先将红外双目测量单元固定在机体适当的位置，防止切削液溅落干扰测量，调整好红外双目测量单元，使其视场能完全覆盖整个加工区域；

S2：在夹具上以不同姿态摆放陶瓷标定板，用红外双目测量单元采集多组标定板图像，根据标定点分别在两相平面和标定板平面（可转化为夹具平面）的坐标，标定出两相机内部参数和外部参数，通过陶瓷标定板标定好红外双目测量单元坐标系和机床坐标系间的转化关系；

S3：标定好相机后点亮在主轴最下边缘处均匀安装的红外光源，让刀具移动到加工区域的各个位置，根据红外双目测量单元坐标系和机床坐标系间的转化关系，通过激光跟踪仪辅助红外双目测量单元完成刀具运动轨迹的标定工作，并建立坐标库；

S4：用机床夹具夹紧毛坯，加工中每次切削过程中都用红外双目测量单元通过高斯曲面拟合对主轴最下边缘处的红外光源中心进行定位，将获得的相平面坐标带入双目模型获得红外双目测量单元坐标系下的坐标；

S5：根据之前标定出的红外双目测量单元坐标系和机床坐标系的转化关系以及建立的坐标库，获得刀具的运动轨迹，从而获得工件的尺寸；

S6：在加工的过程中，将同步获得工件的尺寸和原图纸对比，实时修正道具的进给轨迹，以减小加工误差；

S7：全部加工完成后根据每次切削后获得的工件各部位的尺寸重建工件模型，根据重建的模型中尺寸用触发式测头对工件进行精确测量，将测量结果与原图纸进行比较，以判断工件是否合格，如不合格，及时判断误差来源，做出调整。

本发明提供的一种实时自反馈数控机床及其加工方法，其有益效果在于，本发明的技术方案通过使用机床，红外双目测量单元，红外光源等部件，实现了自反馈加工，在完成加工之后通过使用触发式测头，较好的对工件加工误差进行了检测，本发明可实现快速自反馈加工，并较好的对加工精度进行了检测，且适用范围较大。

附图说明

图1是本发明一个实施例的整体结构示意图。

图中标注：

1.z向导轨；2.主轴箱；3.电感式侧头；4.红外双目测量单元；5.工作台；6.x向导轨；7.立柱；8.z轴丝杠；9.控制系统；10.主轴；11.红外光源；12.十字滑台；13.y向导轨；14.底座。

具体实施方式

下面参照附图，结合一个实施例，对本发明提供的一种实时自反馈数控机床及其加工方法进行详细的说明。

实施例

参照附图，本实施例的一种实时自反馈数控机床，包括机体、红外双目测量单元4、红外光源11、触发式测头3、控制系统9、陶瓷标定板，所述红外双目测量单元4和触发式测头3固定在机体同一侧，所述红外光源11均匀安装在主轴10下边缘，所述陶瓷标定板安装在夹具上，所述控制系统9与机体、红外双目测量单元4、红外光源11通信，所述机体包括底座14、工作台5、导轨、立柱7、主轴箱2、主轴10、十字滑台12、夹具，所述导轨包括X向导轨6、Y向导轨13、Z向导轨1。

所述的一种实时自反馈数控机床的加工方法，其步骤为：

S1：先将红外双目测量单元4固定在机体适当的位置，防止切削液溅落干扰测量，调整好红外双目测量单元4，使其视场能完全覆盖整个加工区域；

S2：在夹具上以不同姿态摆放陶瓷标定板，用红外双目测量单元4采集多组标定板图像，根据标定点分别在两相平面和标定板平面（可转化为夹具平面）的坐标，标定出两相机内部参数和外部参数，通过陶瓷标定板标定好红外双目测量单元坐标系和机床坐标系间的转化关系；

S3：标定好相机后点亮在主轴10最下边缘处均匀安装的红外光源11，让刀具移动到加工区域的各个位置，根据红外双目测量单元坐标系和机床坐标系间的转化关系，通过激光跟踪仪辅助红外双目测量单元4完成刀具运动轨迹的标定工作，并建立坐标库；

S4：用机床夹具夹紧毛坯，加工中每次切削过程中都用红外双目测量单元4通过高斯曲面拟合对主轴最下边缘处的红外光源11中心进行定位，将获得的相平面坐标带入双目模型获得红外双目测量单元坐标系下的坐标；

S5：根据之前标定出的红外双目测量单元坐标系和机床坐标系的转化关系以及建立的坐标库，获得刀具的运动轨迹，从而获得工件的尺寸；

S6：在加工的过程中，将同步获得工件的尺寸和原图纸对比，实时修正道具的进给轨迹，以减小加工误差；

S7：全部加工完成后根据每次切削后获得的工件各部位的尺寸重建工件模型，根据重建的模型中尺寸用触发式测头3对工件进行精确测量，将测量结果与原图纸进行比较，以判断工件是否合格，如不合格，及时判断误差来源，做出调整。

各单元的标定中，使用激光跟踪仪对机床的运动和转动误差进行标定。在每次标定时，分别将目标镜固定在机床的刀架和夹具上，每次让机床刀具移动10mm的距离，或者让主轴10带动夹具转过10°，记下由激光跟踪仪测出来的移动距离和转角。走完全程后，记录下每次移动和旋转过程中激光跟踪仪测得的移动和转角误差，对所有测得的误差舍去一个最大值，舍去一个最小值，剩下的误差值取平均值，所得的值可近似作为移动和旋转误差的补偿量，多次测量取平均值。由于激光跟踪干涉仪的测量精度可达0.1μm，比光栅高一个数量级，可以作为机床光栅指示误差的标定仪器。红外双目测量单元4通过高斯曲面拟合可获得较高精度的亚像素级红外光源11中心相面坐标。陶瓷标定板有较高的加工精度，通过陶瓷标定板可以获得较高红外双目测量单元4内外部参数的标定精度。激光跟踪仪有较高的检测精度，在激光跟踪仪的辅助下，通过让刀具密集遍历加工区域的各个位置，可以较好的建立刀头位置坐标库。控制系统9与机床、红外双目测量单元4、红外光源11通信。当出现故障时，可以有选择的紧急停止其中某部分，且发出声光报警，并在人机界面上显示相关故障和信息。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式也仅仅是示意性的，并不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下啊，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种实时自反馈数控机床，其特征在于：包括机体、红外双目测量单元、红外光源、触发式测头、控制系统、陶瓷标定板，所述红外双目测量单元和触发式测头固定在机体同一侧，所述红外光源均匀安装在主轴下边缘，所述陶瓷标定板安装在夹具上，所述控制系统与机体、红外双目测量单元、红外光源通信。

2.根据权利要求1所述的一种实时自反馈数控机床，其特征在于：所述机体包括底座、工作台、导轨、立柱、主轴箱、主轴、十字滑台、夹具。

3.根据权利要求2所述的一种实时自反馈数控机床，其特征在于：所述导轨包括X向导轨、Y向导轨、Z向导轨。

4.如权利要求1~3中任意一项所述的一种实时自反馈数控机床的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：先将红外双目测量单元固定在机体适当的位置，防止切削液溅落干扰测量，调整好红外双目测量单元，使其视场能完全覆盖整个加工区域；

S2：在夹具上以不同姿态摆放陶瓷标定板，用红外双目测量单元采集多组标定板图像，根据标定点分别在两相平面和标定板平面（可转化为夹具平面）的坐标，标定出两相机内部参数和外部参数，通过陶瓷标定板标定好红外双目测量单元坐标系和机床坐标系间的转化关系；

S3：标定好相机后点亮在主轴最下边缘处均匀安装的红外光源，让刀具移动到加工区域的各个位置，根据红外双目测量单元坐标系和机床坐标系间的转化关系，通过激光跟踪仪辅助红外双目测量单元完成刀具运动轨迹的标定工作，并建立坐标库；

S4：用机床夹具夹紧毛坯，加工中每次切削过程中都用红外双目测量单元通过高斯曲面拟合对主轴最下边缘处的红外光源中心进行定位，将获得的相平面坐标带入双目模型获得红外双目测量单元坐标系下的坐标；

S5：根据之前标定出的红外双目测量单元坐标系和机床坐标系的转化关系以及建立的坐标库，获得刀具的运动轨迹，从而获得工件的尺寸；

S6：在加工的过程中，将同步获得工件的尺寸和原图纸对比，实时修正道具的进给轨迹，以减小加工误差；

S7：全部加工完成后根据每次切削后获得的工件各部位的尺寸重建工件模型，根据重建的模型中尺寸用触发式测头对工件进行精确测量，将测量结果与原图纸进行比较，以判断工件是否合格，如不合格，及时判断误差来源，做出调整。