CN114589545B - 一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法 - Google Patents

一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114589545B
CN114589545B CN202111491476.6A CN202111491476A CN114589545B CN 114589545 B CN114589545 B CN 114589545B CN 202111491476 A CN202111491476 A CN 202111491476A CN 114589545 B CN114589545 B CN 114589545B
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
measuring head
measuring
complex curved
curved surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111491476.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114589545A (zh
Inventor
郭思东
全芳
徐宝德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Original Assignee
Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd filed Critical Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Priority to CN202111491476.6A priority Critical patent/CN114589545B/zh
Publication of CN114589545A publication Critical patent/CN114589545A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114589545B publication Critical patent/CN114589545B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，复杂曲面为零件不规则型面，在零件不规则型面上加工型面法矢方向的孔，零件外型面与理论型面存在偏差，加工过程中，在每个孔位置测量该点的法矢方向上的偏差值，将偏差值补偿至每个孔的轴向进行加工。本发明突破了复杂曲面五轴在线补偿的行业技术瓶颈；用向量转换的方式大大简化了输入变量；使用参考点省去了补偿向量方向的判定过程，提高了算法效率；考虑了测头半径在各个方向上的动态误差，提高了补偿精度。

Description

一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法
技术领域
本发明属于曲面加工技术领域，涉及一种复杂曲面变形在线检测 及五轴补偿加工方法，适用于装备在五轴数控加工中心上的触发式测 头实时测定捕捉不空间复杂曲面上的任意点在其法矢量方向上的实 际位置，并根据测量值计算出与理论值的偏差，并进行测头半径修正， 补偿至零件加工程序，实现复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工。
背景技术
在现今数控技术加工领域，利用触发式测头对零件实行在线检测 及其自动补偿加工技术已成熟应用，但现今的测量范围还仅限于以三 轴定向模式对2D特征进行测量与计算，随着该技术在先进的五轴设 备上大量使用，三轴定向测量模式已无法满足零件的复杂曲面特征测 量。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：为满足五轴设备在复杂曲面特征测量方面的紧 迫需求，本发明开发一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方 法，并进行测头半径修正，补偿至零件加工程序，实现复杂曲面变形 在线检测及五轴补偿加工。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种复杂曲面变形在线检测 及五轴补偿加工方法，复杂曲面为零件不规则型面，在零件不规则型 面上加工型面法矢方向的孔，零件外型面与理论型面存在偏差，加工 过程中，在每个孔位置测量该点的法矢方向上的偏差值，将偏差值补 偿至每个孔的轴向进行加工。
在线检测及五轴补偿加工方法包括以下操作步骤：
S1：确定零件不规则型面上要测量的点和每个点对应的起始点的 点集，其中包括每个测量点的起始点A点坐标(x1,y1,z1)和理论点B 点坐标(x3,y3,z3)以及确定测量的安全距离S和越程距离d；
S2：计算安全点B’和越程点B”的坐标值；B’点是机床上测头定 位至理论点B点位上方的安全点，B“点是测头的实际移动终点；
S3：测头执行测量动作，记录测量点的实际位置坐标B"实测，计 算出实测点B"实测距安全点B’的实际距离|B'B"|实测；
S4：计算实际距离与理论距离偏差值p：p＝|B'B"|实测-S；
S5：根据偏差值测量方式不同分别将不同的测头半径修正值rz和 rj补偿至偏差值p中，得到修正偏差值p修，rz为测头轴向半径修正值， rj为测头径向半径修正值；
S6：将修正偏差值p修补偿至零件加工中，达到零件补偿加工的 效果。
步骤S1中，使用NX或CAM软件对零件不规则型面上要测量的点 和每个点对应的起始点的点集进行输出。
步骤S2中，安全点B’和越程点B”的坐标值的计算步骤如下：
(1)根据公式AB＝(x3-x1,y3-y1,z3-z1)求测量法 矢
Figure BDA0003399543050000021
(2)求测量法矢
Figure BDA0003399543050000022
长度D；
(3)将D带入下式，求单位法矢
Figure BDA0003399543050000023
Figure BDA0003399543050000024
(4)将S与d带入下式，分别计算安全点B’和越程点B“的坐标 值：
Figure BDA0003399543050000031
Figure BDA0003399543050000032
步骤S2中，法矢
Figure BDA0003399543050000033
长度D的计算公式为：
Figure BDA0003399543050000034
步骤S3中，通过编制测头移动的NC程序使测头执行测量动作。
步骤S3中，实际距离|B'B"|实测的测量方法与步骤S2中计算
Figure BDA0003399543050000035
长度 D的方法相同。
步骤S3中，测头测量动作的过程为：
(1)测头定位至起始点；
(2)测头运行至安全点；
(3)以设定测量速度朝向越程点移动；在此过程中，触碰到零 件时，测头停止运行并记录测头此时位置点坐标；
(4)计算测头停止点至安全点的距离值；
(6)测头回退至安全点；
(7)测头复位至起始点。
步骤S5中，rz有一个，通过测头标准的长度标定获得；rj根据测 头的标定角度有多个值，通过测头标准的半径标定获得。
步骤S5中，采用局部坐标系的方式将非正交姿态转换为局部正 交姿态进行五轴测量时，修正偏差值p修＝p+rz；采用全局坐标系进行 五轴非正交测量时，rj为多个测头径向半径修正值的算术平均值，修 正偏差值p修＝p+rj＝p+(r1+r2+...rn)/n。
(三)有益效果
上述技术方案所提供复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方 法，具有如下有益效果：
(1)突破了复杂曲面五轴在线补偿的行业技术瓶颈；
(2)用向量转换的方式大大简化了输入变量；
(3)使用参考点省去了补偿向量方向的判定过程，提高了算法 效率；
(4)考虑了测头半径在各个方向上的动态误差，提高了补偿精 度。
附图说明
图1为测头的五轴检测测量方式一示意图。
图2为测头的五轴检测测量方式二示意图。
图3为复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工局部示意图。
图4为本实施例不规则零件外型面上加工型面法矢方向孔的示意 图。
图5为本实施例中测头路径示意图，其中A局部的放大图如图3所 示。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施 例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明不同于传统的测量动作与软件，只能执行三轴定向检测模 式，而是通过使用NX或其他CAM软件，对零件空间复杂曲面上要测 量的点和每个点对应的起始点的点集进行输出，编制程序路径使得测 头沿着起始点指向测量点的型面法向移动，通过这种空间移动测量得 出测量点在型面法向矢量上的偏差值，由此实现测头的五轴检测，该 检测有两种测量方式，分别如图1和图2所示。
测量方式一为：采用局部坐标系的方式将非正交姿态转换为局部 正交姿态进行五轴测量。这种测量方式适用于数控系统支持采用局部 坐标系进行在线测量，并且零件、工装、机床空间位置允许测头进行 摆角和测量的情况。
测量方式二为：采用全局坐标系进行五轴非正交测量。这种测量 方式适用于数控系统不支持局部坐标系的在线测量系统，或者由于零 件、工装、机床的空间位置关系，不允许测头进行摆角和测量的情况。
传统的测头补偿方式只能在平行于坐标系的正交法向上进行数 值补偿，而本发明是通过数学方式计算解得每个点在其法矢量方向上 的偏差距离与方向，根据向量方向确定补偿符号，根据向量长度确定 补偿数值，根据测头运动作用半径确定补偿修正值，最终实现测头在 非正交方向上的修正补偿。
图4为本发明方法的流程图，对输出至数控系统用户变量中的各 个值在零件的数控加工NC程序中进行调用与处理，实现加工程序对 零件在法矢量方向上的补偿加工。
S1：使用NX或其他CAM软件对零件不规则型面上要测量的点和 每个点对应的起始点的点集进行输出，参考上面的(A局部图)示意， 在这里，我们将得到每个测量点的起始点A点坐标(x1,y1,z1)和理论 点B点坐标(x3,y3,z3)以及确定测量的安全距离S和越程距离d(这两 个值为缺省值，由用户自定义)，并将其作为输入信息进行下面步骤 的计算；
S1：使用NX或其他CAM软件对零件不规则型面上要测量的点和 每个点对应的起始点的点集进行输出，参考上面的(A局部图)示意， 在这里，我们将得到每个测量点的起始点A点坐标(x1,y1,z1)和理论 点B点坐标(x3,y3,z3)以及确定测量的安全距离S和越程距离d(这两 个值为缺省值，由用户自定义)，并将其作为输入信息进行下面步骤 的计算；
S2：计算安全点B’和越程点B“的坐标值。B’点是测头快速定位至 测量目标点位上方的安全点，B“点是测头的实际移动终点，由于零件 变形，测头若移动至理论点B有可能接触不到零件，因此添加越程距 离d使测头移动至越程点B“确保测头能够接触到零件，计算步骤如下 所示：
(1)根据公式AB＝(x3-x1,y3-y1,z3-z1)求测量法 矢
Figure BDA0003399543050000061
(2)求测量法矢
Figure BDA0003399543050000062
长度D：
Figure BDA0003399543050000063
(3)将D带入下式，求单位法矢
Figure BDA0003399543050000064
Figure BDA0003399543050000065
(4)将缺省值S与d带入下式，分别计算安全点B’和越程点 B“的坐标值，
Figure BDA0003399543050000066
Figure BDA0003399543050000067
S3：通过编制测头移动的NC程序使测头执行测量动作，记录测 量点的实际位置坐标B"实测，同上一步骤中计算
Figure BDA0003399543050000068
长度D方法一样计 算出实测点B"实测距安全点B’的实际距离
Figure BDA0003399543050000069
测头测量动作：
(1)测头G00快速定位至起始点；
(2)快速运行至安全点；
(3)以测量速度F50朝向越程点慢速移动；
(4)在此过程中，触碰到零件，测头停止运行并记录测头此时 位置点坐标；
(5)计算测头停止点至安全点的距离值；
(6)测头快速回退至安全点；
(7)测头快速复位至起始点。
S4：计算与理论距离偏差值p：
Figure BDA0003399543050000071
S5：根据测量方式不同分别将不同的测头半径修正值rz和rj补偿 至偏差值p中，rz为测头轴向半径修正值，只有一个，可通过执行测 头标准的长度标定程序获得；rj为测头径向半径修正值，根据测头的 标定角度有多个值，可通过执行测头标准的半径标定程序获得。
(1)若使用测量方式一，修正偏差值p修＝p+rz；
(2)若使用测量方式二，rj为多个测头径向半径修正值的算术 平均值，修正偏差值p修＝p+rj＝p+(r1+r2+...rn)/n
S6：将修正偏差值p修通过修改数控NC程序点位或修改刀具参 数、坐标系参数等方式补偿至零件加工中，达到零件补偿加工的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，复杂曲面为零件不规则型面，在零件不规则型面上加工型面法矢方向的孔，零件外型面与理论型面存在偏差，加工过程中，在每个孔位置测量该点的法矢方向上的偏差值，将偏差值补偿至每个孔的轴向进行加工；
具体包括以下操作步骤：
S1：确定零件不规则型面上要测量的点和每个点对应的起始点的点集，其中包括每个测量点的起始点A点坐标(x1,y1,z1)和理论点B点坐标(x3,y3,z3)以及确定测量的安全距离S和越程距离d；
S2：计算安全点B'和越程点B"的坐标值；B'点是机床上测头定位至理论点B点位上方的安全点，B"点是测头的实际移动终点；
S3：测头执行测量动作，记录测量点的实际位置坐标B"实测，计算出实测点B"实测距安全点B'的实际距离B'B"实测；
S4：计算实际距离与理论距离偏差值p：p＝B'B"实测-S；
S5：根据偏差值测量方式不同分别将不同的测头半径修正值rz和rj补偿至偏差值p中，得到修正偏差值p修，rz为测头轴向半径修正值，rj为测头径向半径修正值；
S6：将修正偏差值p修补偿至零件加工中，达到零件补偿加工的效果。
2.如权利要求1所述的复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，步骤S1中，使用NX或CAM软件对零件不规则型面上要测量的点和每个点对应的起始点的点集进行输出。
3.如权利要求2所述的复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，步骤S2中，安全点B'和越程点B"的坐标值的计算步骤如下：
(1)根据公式AB＝(x3-x1,y3-y1,z3-z1)求测量法矢
Figure FDA0004051865220000021
(2)求测量法矢
Figure FDA0004051865220000022
长度D；
(3)将D带入下式，求单位法矢
Figure FDA0004051865220000023
Figure FDA0004051865220000024
(4)将S与d带入下式，分别计算安全点B'和越程点B"的坐标值：
Figure FDA0004051865220000025
Figure FDA0004051865220000026
Figure FDA0004051865220000027
Figure FDA0004051865220000028
4.如权利要求3所述的复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，步骤S2中，法矢
Figure FDA0004051865220000029
长度D的计算公式为：
Figure FDA00040518652200000210
5.如权利要求4所述的复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，步骤S3中，通过编制测头移动的NC程序使测头执行测量动作。
6.如权利要求5所述的复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，步骤S3中，实际距离
Figure FDA00040518652200000211
的测量方法与步骤S2中计算
Figure FDA00040518652200000212
长度D的方法相同。
7.如权利要求6所述的复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，步骤S3中，测头测量动作的过程为：
(1)测头定位至起始点；
(2)测头运行至安全点；
(3)以设定测量速度朝向越程点移动；在此过程中，触碰到零件时，测头停止运行并记录测头此时位置点坐标；
(4)计算测头停止点至安全点的距离值；
(5)测头回退至安全点；
(6)测头复位至起始点。
8.如权利要求7所述的复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，步骤S5中，rz有一个值，通过测头标准的长度标定获得；rj根据测头的标定角度有多个值，通过测头标准的半径标定获得。
9.如权利要求8所述的复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法，其特征在于，步骤S5中，采用局部坐标系的方式将非正交姿态转换为局部正交姿态进行五轴测量时，修正偏差值p修＝p+rz；采用全局坐标系进行五轴非正交测量时，rj为多个测头径向半径修正值的算术平均值，修正偏差值p修＝p+rj＝p+(r1+r2+...rn)/n。
CN202111491476.6A 2021-12-08 2021-12-08 一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法 Active CN114589545B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111491476.6A CN114589545B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111491476.6A CN114589545B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114589545A CN114589545A (zh) 2022-06-07
CN114589545B true CN114589545B (zh) 2023-04-28

Family

ID=81804031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111491476.6A Active CN114589545B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114589545B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109794938B (zh) * 2019-02-01 2021-08-06 南京航空航天大学 一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置及其方法
CN109884988B (zh) * 2019-02-26 2020-09-01 浙江大学 一种五轴数控制孔机床的制孔法向插补修正方法
CN110825029B (zh) * 2019-10-28 2020-10-16 清华大学 自适应加工机构位姿误差的补偿方法及系统
CN111664813B (zh) * 2020-05-15 2021-08-03 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种自由面任意孔法矢测量装置、方法及补偿方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114589545A (zh) 2022-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6295070B2 (ja) 多軸工作機械の幾何誤差同定方法及び多軸工作機械
Xiang et al. Using a double ball bar to identify position-independent geometric errors on the rotary axes of five-axis machine tools
US9506736B2 (en) Measurement system
US8401692B2 (en) System and method for tool testing and alignment
KR101130596B1 (ko) 기상 계측 장치의 프로브 장착 위치 산출 방법
CN103777570B (zh) 基于nurbs曲面的加工误差快速检测补偿方法
CN109454281B (zh) 一种机器人铣削加工中的螺旋桨工件坐标系标定方法
CN107421442A (zh) 一种外部测量辅助的机器人定位误差在线补偿方法
CN108287522B (zh) 一种基于多平台的自动化在机检测方法
US20130325166A1 (en) Numerical control device including display part for displaying information for evaluation of machining process
US20180267505A1 (en) Control system of machine tool
TWI754888B (zh) 校準方法及校準系統
JP5201871B2 (ja) 形状測定方法及び装置
US7957834B2 (en) Method for calculating rotation center point and axis of rotation, method for generating program, method for moving manipulator and positioning device, and robotic system
JP2006289580A (ja) プログラムの教示点修正方法及びプログラム教示点修正装置
CN113799130B (zh) 一种人机协作装配中的机器人位姿标定方法
US10564621B2 (en) Failure detection and correction control system of machine tool using chronological control data
JPH07266194A (ja) 工具刃先位置計測補正装置
US20160299491A1 (en) Numerical controller capable of checking interference between tool and workpiece
CN114589545B (zh) 一种复杂曲面变形在线检测及五轴补偿加工方法
CN106141810B (zh) 机器人操作下筒状工件内腔加工壁厚的保证方法
CN110977612B (zh) Cnc数控加工在线测量误差修正方法及系统
JP2012079358A (ja) エラーマップ作成方法及び装置並びにエラーマップ作成機能を有した数値制御工作機械
JP4878949B2 (ja) 工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算方法、同熱変位量の演算システム、工作機械の熱変位補正方法、および同熱変位補正システム
JP7266511B2 (ja) 工作機械における対象物の位置計測方法及び位置計測システム、位置計測プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant