CN109454500A - 治具校正装置及其方法 - Google Patents

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庄易勋
沈彦廷
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明涉及治具校正装置及其方法，包括：工作台，其上设置有多个支撑单元并利用多个第一固定组件将支撑单元固定在工作台上；多轴旋转平台，其设置于工作台上，具有多个旋转平台孔洞以及与一多轴旋转平台控制单元连接；中继底板，其设置于多轴旋转平台与支撑单元上，中继底板具有多个中继底板贯穿孔，利用多个第二固定组件贯穿每一中继底板贯穿孔与每一旋转平台孔洞，将多轴旋转平台与中继底板固定；治具，设置于中继底板上，利用多个第三固定组件将治具固定在中继底板上；铣床主轴，其与一刀把和一铣床主轴控制单元连接，用于控制铣床主轴移动，通过与铣床主轴连接的刀把以探测治具。利用多轴旋转平台实现治具校正，提升校正速度与精度。

Description

治具校正装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种治具校正装置及其方法。
背景技术
传统治具的校正方法会于铣床主轴上装上千分表，通过人工的方式使用千分表量测治具是否偏移，若有偏移则手动进行调整治具的位置，进而反复的进行多次检查及调整，但此方法耗时又费力。在铣床中又分为单主轴铣床与多主轴铣床，其中，在单主轴铣床的应用中，大部分还是以人工的方式调整治具位置，其中也有在得到偏移量后不是对治具进行校正，而是调整铣床的程序坐标系对正治具方位，此方法虽可弥补治具偏移造成工件上的加工尺寸误差，但因程序坐标系未与铣床主轴的机械坐标系进行校正，进而导致加工后易在工件上留下较多的刀纹，而此方法无法满足对刀纹要求较高的场合，例如:手机外壳。
另外，在多主轴铣床机的应用中，例如，在多主轴铣床机中利用8个铣床主轴同时对8个工件进行加工，因主轴与主轴间的机构关系是固定的，在同时为各工件进行加工时，因这些工件摆放在治具上，而每一个治具的摆放位置要完全一样才能加工出同样精度的产品。然而，人工校正的结果容易受环境限制影响，很难确保校正结果的精度及可靠度。另外，在多主轴机内，多个治具会矩阵式排在一起，其中对于中心治具外围的四周的治具在校正时会不好校正，且在校正后四周的治具与中心治具的姿态会有不同，因此利用人工手动校正的方式难度高，难以保证校正后的姿态与其它治具相同，进而影响加工的结果。
传统治具的校正流程，如图1A～图1B所示的传统校正方法，首先手动操作铣床主轴靠近治具侧面W，直到千分表碰到治具侧面W的A点并记录千分表数值，接着操作铣床主轴沿着X轴方向移动到B点，藉由千分表数值跳动情况可得到治具偏移方向，并手动调整治具方向，例如利用胶锤轻敲治具，让治具往适当的位置偏移，并重复A点至B点，且通过千分表数值跳动情况来校正治具，并转到正确的位置为止；下一步，手动操作铣床主轴靠近治具侧面L，直到千分表碰到C点并记录千分表数值，接着操作铣床主轴沿着Y轴方向移动到D点，藉由千分表数值跳动情况，可得到治具偏移方向，并再次手动调整治具方向，例如利用胶锤轻敲治具，并重复C点至D点，且通过千分表数值跳动情况来校正治具，并转到正确的位置为止；下一步，以手动方式操作铣床主轴靠近治具侧面H，直到千分表碰到E点并记录千分表数值，接着操作铣床主轴沿着Z轴方向移动到F点，藉由千分表数值跳动情况，可得到治具偏移方向，并手动调整治具，例如利用胶锤轻敲治具，让治具往适当的位置偏移，并且重复E点至F点，且通过千分表数值跳动情况来校正治具，并转到正确的位置为止，最后锁紧治具，并再次利用上述步骤及校正方式针对尚未校正的治具进行校正，直到所有治具都完成校正为止。因此，铣床加工前需要手动调整治具去对准铣床主轴的X轴、Y轴以及Z轴方向，经常要耗费大量的时间，特别是多主轴的铣床加工，且加工前要对多个治具进行校正，不仅费时，且每一个治具的校正误差都不同，影响加工效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种治具校正装置及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
治具校正装置，特点是：包括：
一工作台，工作台上设置有多个支撑单元并利用多个第一固定组件将支撑单元固定在工作台上；
一多轴旋转平台，多轴旋转平台设置于工作台上，多轴旋转平台具有多个旋转平台孔洞以及与一多轴旋转平台控制单元连接，多轴旋转平台控制单元用以控制旋转多轴旋转平台；
一中继底板，中继底板设置于多轴旋转平台与支撑单元上，中继底板具有多个中继底板贯穿孔，利用多个第二固定组件贯穿每一中继底板贯穿孔与每一旋转平台孔洞，将多轴旋转平台与中继底板固定；
一治具，设置于中继底板上，利用多个第三固定组件将治具固定在中继底板上；
一铣床主轴，铣床主轴与一刀把和一铣床主轴控制单元连接，铣床主轴控制单元用于控制铣床主轴移动，并通过与铣床主轴连接的刀把以探测治具。
进一步地，上述的治具校正装置，其中，刀把包括一接触式探针刀把或一影像感测刀把。
进一步地，上述的治具校正装置，其中，多轴旋转平台控制单元与铣床主轴控制单元进行通讯连接。
进一步地，上述的治具校正装置，其中，通讯连接方式包括一I/O接口、一并列通讯接口、一串行通讯接口或一以太网通讯接口。
进一步地，上述的治具校正装置，其中，铣床主轴包括一单轴铣床或一多轴铣床。
本发明治具校正方法，特点是：
由铣床主轴控制单元控制铣床主轴移动，并通过与铣床主轴连接的刀把以探测治具的一位置，并根据所探测的位置计算治具的一偏移量；
铣床主轴控制单元将计算后的偏移量传送给多轴旋转平台控制单元；
多轴旋转平台控制单元根据偏移量旋转多轴旋转平台并同时带动中继底板，进而调整该治具的位置；
当治具到达根据偏移量所移动到的位置后，利用固定夹具将中继底板与支撑单元进行固定，并将固定于中继底板贯穿孔与旋转平台孔洞的第二固定组件移除，并拆下多轴旋转平台。
更进一步地，上述的治具校正方法，其中，刀把包括一接触式探针刀把或一影像感测刀把。
更进一步地，上述的治具校正方法，其中，多轴旋转平台控制单元与铣床主轴控制单元进行通讯连接。
更进一步地，上述的治具校正方法，其中，通讯连接方式包括一I/O接口、一并列通讯接口、一串行通讯接口或一以太网通讯接口。
更进一步地，上述的治具校正方法，其中，铣床主轴包括一单轴铣床或一多轴铣床。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
本发明根据多轴旋转平台进行旋转并带动中继底板上的治具来达到校正的功能，利用多轴旋转平台来实现治具的自动校正，可有效提升校正的速度与精度，并确保校正结果的可靠度，节省校正的人力，有效解决单轴铣床及多轴铣床在治具校正上遇到的困境。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1A为现有技术校正方法示意图；
图1B为现有技术校正方法示意图；
图2为本发明治具校正装置示意图；
图3为本发明治具校正系统流程示意图；
图4为本发明治具校正流程示意图；
图5A为本发明接触式探针刀把探测治具的理想示意图；
图5B为本发明接触式探针刀把探测治具的实际示意图；
图6A为本发明影像感测刀把探测治具的理想示意图；
图6B为本发明影像感测刀把探测治具的实际示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图2与图3所示，治具校正装置以及校正系统，其中，图3是根据图2刀具的治具校正装置进一步说明治具校正系统的流程。治具校正装置1包含工作台2、支撑单元3、多轴旋转平台4、中继底板5、治具6、铣床主轴7以及刀把8；工作台2上设置有多个支撑单元3，且支撑单元3与工作台2通过第一固定组件91进行固定，工作台2上还具有多轴旋转平台4，多轴旋转平台4设置于多个支撑单元3之间以及设置于工作台2上但不会与工作台2进行固定，其中多轴旋转平台4具有多个旋转平台孔洞41以及与多轴旋转平台控制单元42连接，而多轴旋转平台控制单元42是用于控制多轴旋转平台4进行转动，另外，多轴旋转平台4可拆卸，不需要在每一台治具校正装置1上都配置一个多轴旋转平台4；中继底板5设置于多轴旋转平台4与多个支撑单元3之上，其中中继底板5通过多个支撑单元3进行支撑，而不会与多轴旋转平台4进行接触，另外中继底板5具有多个中继底板贯穿孔51，且中继底板5与多轴旋转平台4之间利用第二固定组件92贯穿多个中继底板贯穿孔51与多个旋转平台孔洞41，将多轴旋转平台4与中继底板5进行固定。第一固定组件91为螺丝、螺栓或是铆钉，第二固定组件92为销钉或是销栓。
治具校正装置1中的治具6，设置于中继底板5上，并利用多个第三固定组件(未显示于图式中)将治具6固定在中继底板5上，其中第三固定组件为螺丝、螺栓或是铆钉；而治具校正装置1中的铣床主轴7是设置于治具6之上，且铣床主轴7与刀把8以及与铣床主轴控制单元71连接，其中，治具校正装置1中的铣床主轴7可为单轴铣床或多轴铣床，以及与铣床主轴7连接的刀把8可为接触式探针刀把或影像感测刀把，其中，铣床主轴控制单元71用于控制铣床主轴7移动，并通过与铣床主轴7连接的刀把8以探测治具6，并将所探测到的治具6的位置进行偏移量的计算，计算后的偏移量传输给多轴旋转平台控制单元42，而多轴旋转平台控制单元42根据计算后的偏移量来控制多轴旋转平台4进行转动。
如图2与图3所示，首先在治具校正装置1的外部先利用第三固定组件将治具6固定于中继底板5上，接着在治具校正装置1中将两个支撑单元3利用第一固定组件91分别固定于工作台2上，再接着将固定于中继底板5上的治具6设置于支撑单元3上，并通过支撑单元3来支撑固定于中继底板5上的治具6，以及在两个支撑单元3之间、中继底板5下方放入多轴旋转平台4，此时中继底板5与多轴旋转平台4两者之间是不接触，因此利用第二固定组件92贯穿多个中继底板贯穿孔51与多个旋转平台孔洞41，将多轴旋转平台4与中继底板5进行固定。
当需对治具校正装置1中的治具6进行校正时，首先，铣床主轴控制单元71控制铣床主轴7移动，并通过与铣床主轴7连接的刀把8以探测治具6，而所探测到的位置通过铣床主轴控制单元71来计算治具6的偏移量，计算后的偏移量通过通讯连接方式传送给多轴旋转平台控制单元42。此时，多轴旋转平台控制单元42根据计算后的偏移量来旋转多轴旋转平台4，并同时带动中继底板5，进而调整治具6的位置。当治具6根据计算后的偏移量到达所移动到的位置后，通过固定夹具(未显示于图式中)将中继底板5与支撑单元3进行固定，并将第二固定组件92拆下，此时，多轴旋转平台4与中继底板5之间并无相互固定，而拆卸后的多轴旋转平台4不会影响已经校正好的治具6的位置。通讯连接方式包括I/O(Input/Output)接口、并列通讯接口、串行通讯接口或以太网通讯接口等通讯方式。
如图4并结合图5A、图5B、图6A及图6B，其中，图4为本发明另一治具校正流程示意图，图5A、图5B为接触式探针刀把探测治具的理想与实际示意图，图6A及图6B为影像感测刀把探测治具的理想与实际示意图。
首先步骤S01，执行治具6的偏移量的检测。在此步骤中是通过铣床主轴控制单元71控制铣床主轴7移动，并通过与铣床主轴7连接的刀把8以探测治具6，而刀把8包含接触式探针刀把或影像感测刀把，探测方式包含接触式探针刀把探测治具或影像感测刀把探测治具的两种方式。
当使用接触式探针刀把来探测治具6时，如图5A所示，其探测方式为：铣床主轴控制单元71已知治具6在理想位置时的A、B、C以及D各点的坐标。如图5B，当接触式探针刀把靠近治具6的侧面W时，接触到治具6的侧面W的A1点，进而获得真实点A1点的坐标为(Ax，Ay)，接着接触式探针刀把沿着侧面W方向朝B1点前进，可以获得真实点B1点的坐标为(Bx，By)，并重复将接触式探针刀把在A1点及B1点之间移动，进而获得更准确的真实的A1点及B1点的两点坐标。再接着，将接触式探针刀把靠近治具6的侧面L，接触到治具6的侧面L的C1点，进而获得真实点C1点的坐标为(Cx，Cy)，接着沿着侧面L方向朝着D1点前进，就得到真实点D1点的坐标为(Dx，Dy)，同样的，将接触式探针刀把重复在C1点及D1点移动，进而获得更准确的真实的C1点与D1点的两点坐标。因此，已知理想位置时A、B、C以及D各点的坐标以及所探测后获得真实A1、B1、C1以及D1各点的坐标，并求出治具6的偏移量的关系。
利用影像感测刀把来探测治具6，如图6A所示。当铣床主轴控制单元71控制铣床主轴7移动，并通过与铣床主轴7连接的影像感测刀把移动至治具6的理想位置的正上方为治具6的正中心点61时，通过影像感测刀把进行拍照，并记录治具6的理想位置的轮廓线段E、F、G与H的线段；如图6B所示，当进行更换另一治具6时通过影像感测刀把在另一治具6的实际位置，并根据原本理想位置正上方治具6的正中心点61的位置，再次通过影像感测刀把进行拍照，并记录另一治具6的实际位置的轮廓线段E1、F1、G1与H1的线段，因此获得治具6的理想位置的轮廓线段E、F、G与H的线段以及另一治具6的实际位置的轮廓线段E1、F2、G1与H1的线段，求出治具6的偏移量的关系。
接着步骤S02，铣床主轴控制单元71计算治具6的偏移量，当使用接触式探针刀把来探测治具，因次获得探测治具后的A1、B1、C1以及D1各点的坐标，而铣床主轴控制单元71并通过A1、B1、C1以及D1的坐标并依据三角函数计算其偏移量；其中以A1点的坐标为(Ax，Ay)、B1点的坐标为(Bx，By)计算其偏移量，并由X轴方向求其A1至B1所呈现的θ，若计算出来的θ若为正，则表示治具6是呈现逆时钟偏θ度，则多轴旋转平台控制单元42需控制多轴旋转平台4进行顺时钟偏θ度进行校正，其三角函数公式为:
例如:当A1点的坐标为(2，2)、B1点的坐标为(4，4)，其θ角度为45度，则表示治具6是呈现逆时钟偏45度，则多轴旋转平台控制单元42需将多轴旋转平台进行顺时钟偏45度，来对多轴旋转平台进行校正；另外，若是由以C1点的坐标为(Cx，Cy)、D1点的坐标为(Dx，Dy)计算其偏移量，并由Y轴方向求其C1至D1所呈现的θ1，若计算出来的θ1若为正，则表示治具6是呈现逆时钟偏θ1度，则多轴旋转平台控制单元42需控制多轴旋转平台4进行顺时钟偏θ1度，来对多轴旋转平台4进行校正，其三角函数公式为:
例如:当C1点的坐标为(-1，1)、D1点的坐标为(-2，)，其1角度为30度，因此则表示治具6是呈现逆时钟偏30度，则多轴旋转平台控制单元42需将多轴旋转平台4进行顺时钟偏30度，来对多轴旋转平台4进行校正。
当使用影像感测刀把来探测治具6，进而获得治具6的理想位置的轮廓线段E、F、G与H的线段以及另一治具6的实际位置的轮廓线段E1、F2、G1与H1的线段，而铣床主轴控制单元71并根据治具6的实际位置的轮廓线段E、F、G与H的线段以及另一治具6的实际位置的轮廓线段E1、F2、G1与H1的线段计算其治具6的偏移量，其偏移量的计算是根据当平面中已知两直线可利用内积公式算出其夹角，故可求出两个角度偏移量2及3，并将两个角度偏移量求平均，可得到较准确的治具6的角度偏移量＝(2+3)/2；以及求其理想位置的轮廓线段E、F、G与H的线段与实际位置的轮廓线段E1、F2、G1与H1的线段的每一线段的方程式，而平面中已知两直线可求出其交点，因此由线段E、F求其交点为P，线段E1、F1求其交点为P1，并比较两张图的交点P与P1位置，其位置是根据公式:δ＝P1-P计算方式进而可获得X轴-Y轴偏移量。
再接着步骤S03～S06，当铣床主轴控制单元71控制铣床主轴7移动，并通过与铣床主轴7连接的刀把8以探测治具6后，经过铣床主轴控制单元71计算后获得其偏移量，计算后的偏移量通过通讯连接方式传送至多轴旋转平台控制单元42，而多轴旋转平台控制单元42根据偏移量进而旋转多轴旋转平台4并同时带动中继底板5，进而调整治具6的位置。当治具6根据计算后的偏移量到达所移动到的位置后，通过固定夹具将中继底板5与支撑单元3进行固定，接着将第二固定组件92拆下，此时多轴旋转平台4与中继底板5之间并无相互固定，而拆卸后的多轴旋转平台4不会影响已校正好的治具6的位置，而对于未校正的治具6则重复步骤S01～S06，直到所有治具6都完成校正。
综上所述，本发明根据多轴旋转平台进行旋转并带动中继底板上的治具来达到校正的功能，利用多轴旋转平台来实现治具的自动校正，可有效提升校正的速度与精度，并确保校正结果的可靠度，节省校正的人力，有效解决单轴铣床及多轴铣床在治具校正上遇到的困境。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.治具校正装置，其特征在于：包括：
一工作台，工作台上设置有多个支撑单元并利用多个第一固定组件将支撑单元固定在工作台上；
一多轴旋转平台，多轴旋转平台设置于工作台上，多轴旋转平台具有多个旋转平台孔洞以及与一多轴旋转平台控制单元连接，多轴旋转平台控制单元用以控制旋转多轴旋转平台；
一中继底板，中继底板设置于多轴旋转平台与支撑单元上，中继底板具有多个中继底板贯穿孔，利用多个第二固定组件贯穿每一中继底板贯穿孔与每一旋转平台孔洞，将多轴旋转平台与中继底板固定；
一治具，设置于中继底板上，利用多个第三固定组件将治具固定在中继底板上；
一铣床主轴，铣床主轴与一刀把和一铣床主轴控制单元连接，铣床主轴控制单元用于控制铣床主轴移动，并通过与铣床主轴连接的刀把以探测治具。
2.根据权利要求1所述的治具校正装置，其特征在于：刀把包括一接触式探针刀把或一影像感测刀把。
3.根据权利要求1所述的治具校正装置，其特征在于：多轴旋转平台控制单元与铣床主轴控制单元进行通讯连接。
4.根据权利要求2所述的治具校正装置，其特征在于：通讯连接方式包括一I/O接口、一并列通讯接口、一串行通讯接口或一以太网通讯接口。
5.根据权利要求1所述的治具校正装置，其特征在于：铣床主轴包括一单轴铣床或一多轴铣床。
6.利用权利要求1所述装置实现治具校正方法，其特征在于：
由铣床主轴控制单元控制铣床主轴移动，并通过与铣床主轴连接的刀把以探测治具的一位置，并根据所探测的位置计算治具的一偏移量；
铣床主轴控制单元将计算后的偏移量传送给多轴旋转平台控制单元；
多轴旋转平台控制单元根据偏移量旋转多轴旋转平台并同时带动中继底板，进而调整该治具的位置；
当治具到达根据偏移量所移动到的位置后，利用固定夹具将中继底板与支撑单元进行固定，并将固定于中继底板贯穿孔与旋转平台孔洞的第二固定组件移除，并拆下多轴旋转平台。
7.根据权利要求6所述的治具校正方法，其特征在于：刀把包括一接触式探针刀把或一影像感测刀把。
8.根据权利要求6所述的治具校正方法，其特征在于：多轴旋转平台控制单元与铣床主轴控制单元进行通讯连接。
9.根据权利要求8所述的治具校正方法，其特征在于：通讯连接方式包括一I/O接口、一并列通讯接口、一串行通讯接口或一以太网通讯接口。
10.根据权利要求6所述的治具校正方法，其特征在于：铣床主轴包括一单轴铣床或一多轴铣床。
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