CN108981566A - 一种工件形位在位检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工件形位在位检测装置，属于精密检测技术领域，用于对薄片状工件的形位进行在位检测；工件和刀具分别通过两个移动平台安装在加工机床上，通过两个移动平台分别实现工件和刀具的位置调节；所述检测装置包括：检测激光头、检测立柱、检测立柱底座及驱动电机；检测立柱底座安装在底座上，且与底座滑动配合，能够在驱动电机的驱动下平移；倒置L形的检测立柱的竖直部分安装在检测立柱底座上，检测立柱的水平部分的底部加工有开口向下的凹槽，凹槽内安装有一个检测激光头；本发明能够解决现有的亚微米级尺寸精度离线检测不能直接、高效检测亚微米级加工过程的问题。

Description

一种工件形位在位检测装置
技术领域
本发明属于精密检测技术领域，具体涉及一种工件形位在位检测装置。
背景技术
精密/超精密装备是装备制造业的核心内容，关系到装备制造技术的实力，然而，这些装备的亚微米级精度的检测问题成为精密/超精密制造加工质量保障和加工工艺优化难题。如何便捷高效地实现亚微米精度的检测成为精密/超精密制造技术发展的必要环节。目前，超精密零部件的亚微米级加工精度检测基本采用离线检测(即将工件从加工工位取下，进行检测后再安装在加工工位上进行加工)，这种方式主要存在以下问题：
(1)离线检测造成了工件加工过程重复装夹定位的累积误差较大，制约了精密工件的加工效率和加工质量可靠性。
(2)离线检测不能实时监测加工过程，很难及时矫正切屑加工的工艺准确性，造成加工效率较低。
所以，急需设计一种适用于便捷高效的亚微米级尺寸精度在位检测装置(在位检测即为不需要将工件从加工工位取下，直接在加工工位上进行检测后再进行加工)。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种工件形位在位检测装置，能够解决现有的亚微米级尺寸精度离线检测不能直接、高效检测亚微米级加工过程的问题。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种工件形位在位检测装置，用于对薄片状工件的形位进行在位检测，所述形位包括工件的形状和位姿；
工件和刀具分别通过两个移动平台安装在加工机床上，通过两个移动平台分别实现工件和刀具的位置调节；
所述检测装置包括：检测激光头、检测立柱、检测立柱底座及驱动电机；
检测立柱底座安装在底座上，且与底座滑动配合，能够在驱动电机的驱动下平移；倒置L形的检测立柱的竖直部分安装在检测立柱底座上，检测立柱的水平部分的底部加工有开口向下的凹槽，凹槽内安装有一个检测激光头；
当需要对工件进行在位检测时，通过所述驱动电机驱动检测立柱底座带动检测立柱移动至工件所在位置，并通过移动平台调节所述工件的位置，使得所述检测激光头发出的激光打在工件上后，再反射到检测激光头上，形成激光回路。
进一步的，所述检测立柱的凹槽内安装有两个检测激光头，对工件进行在位检测时，两个检测激光头分别位于工件的两相对侧，通过两个检测激光头形成的激光回路对工件进行形位检测和厚度检测。
进一步的，两个所述移动平台分别为主轴位移平台和微动平台；
主轴位移平台安装在加工机床的底座上，水平放置的车削主轴安装在主轴位移平台上，设车削主轴的轴线方向为X轴，竖直方向为Y轴，与XY平面垂直的方向为Z轴；主轴位移平台用于带动车削主轴沿X轴、Z轴或Y轴的平移及绕X轴的转动；
微动平台通过旋转轴安装在主轴位移平台上，微动平台用于带动安装在其上的部件沿X轴、Z轴和Y轴方向进行移动；旋转轴用于带动微动平台绕Y轴转动。
进一步的，所述加工机床还包括气浮隔振支座，气浮隔振支座安装在底座的底部。
进一步的，工件和刀具分别安装在微动平台和车削主轴上，且工件和刀具的位置可互换。
进一步的，所述微动平台的移动精度为0.1μm。
进一步的，所述主轴位移平台的移动精度为1μm。
进一步的，所述旋转轴的转动精度为0.003秒。
进一步的，所述气浮隔振支座的隔离环境振动量小于0.1μm。
有益效果：本发明通过亚微米级检测精度的检测激光头和主轴位移平台/微动平台的精密运动配合实现了对工件的形状、位姿和厚度的亚微米级精度在位检测；整个检测过程不需要将工件从加工工位取下，直接在加工工位上进行检测后再进行加工，来获取工件的亚微米级加工过程，进而指导优化工件的加工工艺，实现超精密加工过程的高效加工效果。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的轴侧图；
图3是本发明的左视图；
图4是图3的I处局部放大图；
其中，1-车削主轴，2-主轴位移平台，3-微动平台，4-旋转轴，5-底座，6-气浮隔振支座，7-工件，8-刀具，9-检测激光头，10-检测立柱，11-检测立柱底座，12-驱动电机，13-激光回路。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种工件形位在位检测装置，与工件的加工机床集成为一体，通过与加工机床的配合，实现对薄片状工件形位的在位检测，所述形位包括工件的形状和位姿；
参见附图1，所述加工机床包括：车削主轴1、主轴位移平台2、微动平台3、旋转轴4、底座5、气浮隔振支座6及刀具8；
采用大理石材料制成的底座5的下表面安装有四个气浮隔振支座6，气浮隔振支座6用于保证所述检测装置的亚微米级精度稳定性振动环境，底座5的上表面安装有主轴位移平台2；车削主轴1安装在主轴位移平台2上，设车削主轴1的轴线方向为X轴，竖直方向为Y轴，与XY平面垂直的方向为Z轴；主轴位移平台2能够带动车削主轴1沿X轴、Z轴和Y轴的平移，且车削主轴1能够绕其轴线转动；
微动平台3通过旋转轴4安装在主轴位移平台2上，旋转轴4能够带动微动平台3绕Y轴转动；微动平台3能够带动安装在其上的部件沿X轴、Z轴和Y轴方向进行移动；其中，旋转轴4的转动精度为0.003秒，微动平台3的移动精度为0.1μm，主轴位移平台2的移动精度为1μm，气浮隔振支座6的隔离环境振动量小于0.1μm；
工件7和刀具8分别安装在微动平台3和车削主轴1上，且工件7和刀具8的位置可互换；
参见附图2，所述检测装置包括：检测激光头9、检测立柱10、检测立柱底座11及驱动电机12；
检测立柱底座11安装在底座5上，且与底座5滑动配合，能够在驱动电机12的驱动下实现沿X轴方向的移动；倒置L形的检测立柱10的竖直部分安装在检测立柱底座11上，检测立柱10的水平部分的底部加工有开口向下的凹槽，凹槽内安装有一个检测激光头9；当对工件7进行在位检测时，检测激光头9位于工件7的一侧，检测激光头9发出的激光打在工件7上后，再反射到检测激光头9上，形成一路激光回路13；其中，所述检测激光头9具有亚微米级的检测精度；
工作原理：所述检测装置的工作温度要求为20±0.5℃；
当工件7安装在微动平台3上时，刀具8对工件7进行加工后，通过主轴位移平台2将刀具8移动到远离工件7的位置；
通过驱动电机12驱动检测立柱底座11带动检测立柱10移动到工件7附近，通过微动平台3带动工件7移动，调节工件7的位置使得工件7在所述激光回路13的包络范围内；一个检测激光头9形成的激光回路13实现对工件7的亚微米级精度的形位检测，即实现了工件7的在位检测；所述形位检测为对工件7的形状和位姿进行检测；
当检测完毕后，通过驱动电机12驱动检测立柱底座11带动检测立柱10移动到远离工件7的位置后，通过主轴位移平台2将刀具8移动到工件7附近，继续对工件7进行加工。
当工件7安装在车削主轴1上时，刀具8对工件7进行加工后，通过主轴位移平台2将工件7移动到远离刀具8的位置；
通过驱动电机12驱动检测立柱底座11带动检测立柱10移动到工件7附近，通过主轴位移平台2带动工件7移动，调节工件7在所述激光回路13的包络范围内；一个检测激光头9形成的激光回路13实现对工件7的亚微米级精度的形位检测，即实现了工件7的在位检测；
当检测完毕后，通过驱动电机12驱动检测立柱底座11带动检测立柱10移动到远离工件7的位置后，通过主轴位移平台2将工件7移动到刀具8附近，刀具8继续对工件7进行加工。
实施例2：
本实施例提供了另一种工件形位在位检测装置，除了检测激光头9的个数不同，其余部件及安装方式与实施例1相同；
参见附图3和4，本实施例采用两个检测激光头9，两个检测激光头9分别安装在检测立柱10的凹槽的两个相对侧面，且两个检测激光头9沿Z轴方向分布；
对工件7进行在位检测时，两个检测激光头9分别位于工件7的两相对侧，两个检测激光头9发出的激光分别打在工件7上后，再分别反射到各自检测激光头9上，形成两路激光回路13；两路激光回路13实现了对工件7的亚微米级精度的形位检测和厚度检测。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种工件形位在位检测装置，其特征在于，用于对薄片状工件的形位进行在位检测，所述形位包括工件的形状和位姿；
工件(7)和刀具(8)分别通过两个移动平台安装在加工机床上，通过两个移动平台分别实现工件(7)和刀具(8)的位置调节；
所述检测装置包括：检测激光头(9)、检测立柱(10)、检测立柱底座(11)及驱动电机(12)；
检测立柱底座(11)安装在底座(5)上，且与底座(5)滑动配合，能够在驱动电机(12)的驱动下平移；倒置L形的检测立柱(10)的竖直部分安装在检测立柱底座(11)上，检测立柱(10)的水平部分的底部加工有开口向下的凹槽，凹槽内安装有一个检测激光头(9)；
当需要对工件(7)进行在位检测时，通过所述驱动电机(12)驱动检测立柱底座(11)带动检测立柱(10)移动至工件(7)所在位置，并通过移动平台调节所述工件(7)的位置，使得所述检测激光头(9)发出的激光打在工件(7)上后，再反射到检测激光头(9)上，形成激光回路(13)。
2.如权利要求1所述的一种工件形位在位检测装置，其特征在于，所述检测立柱(10)的凹槽内安装有两个检测激光头(9)，对工件(7)进行在位检测时，两个检测激光头(9)分别位于工件(7)的两相对侧，通过两个检测激光头(9)形成的激光回路(13)对工件(7)进行形位检测和厚度检测。
3.如权利要求1所述的一种工件形位在位检测装置，其特征在于，两个所述移动平台分别为主轴位移平台(2)和微动平台(3)；
主轴位移平台(2)安装在加工机床的底座(5)上，水平放置的车削主轴(1)安装在主轴位移平台(2)上，设车削主轴(1)的轴线方向为X轴，竖直方向为Y轴，与XY平面垂直的方向为Z轴；主轴位移平台(2)用于带动车削主轴(1)沿X轴、Z轴或Y轴的平移及绕X轴的转动；
微动平台(3)通过旋转轴(4)安装在主轴位移平台(2)上，微动平台(3)用于带动安装在其上的部件沿X轴、Z轴和Y轴方向进行移动；旋转轴(4)用于带动微动平台(3)绕Y轴转动。
4.如权利要求3所述的一种工件形位在位检测装置，其特征在于，所述加工机床还包括气浮隔振支座(6)，气浮隔振支座(6)安装在底座(5)的底部。
5.如权利要求3所述的一种工件形位在位检测装置，其特征在于，工件(7)和刀具(8)分别安装在微动平台(3)和车削主轴(1)上，且工件(7)和刀具(8)的位置可互换。
6.如权利要求3所述的一种工件形位在位检测装置，其特征在于，所述微动平台(3) 的移动精度为0.1μm。
7.如权利要求3所述的一种工件形位在位检测装置，其特征在于，所述主轴位移平台(2)的移动精度为1μm。
8.如权利要求3所述的一种工件形位在位检测装置，其特征在于，所述旋转轴(4)的转动精度为0.003秒。
9.如权利要求4所述的一种工件形位在位检测装置，其特征在于，所述气浮隔振支座(6)的隔离环境振动量小于0.1μm。
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Application publication date: 20181211

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