CN117681048B - 一种加工中心的在线检测装置与相关检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加工中心的在线检测装置与相关检测方法，属于数控机床和检测技术领域，包含测头和安装于加工中心的测仪库，安装充电电池，自动充电，免维护。测头存放于测仪库，能够缓冲，避免切屑和切削液的污染，提高使用寿命。测仪库包含内套和内框；内套为套筒结构，能弹性内缩，夹持并存放测头；也能弹性外胀，释放并提取测头；通过刷毛弹性抵接测针，避免引发剧烈振动。内框通过第一驱动件驱动测头旋转。所述在线检测方法改变了测头的工作状态，确保在线检测的精度。所述精度检测方法对同一零件的同一点，连续两次测量，在其中一次测量中使测头旋转；能消除测头的预行程误差，消除系统误差的影响，反映测头的精度降低程度是否处于可控范围。

Description

一种加工中心的在线检测装置与相关检测方法

技术领域

本发明涉及数控机床的检测装置与相关检测方法，尤其用于加工中心，属于数控机床和检测技术领域。

背景技术

数控机床安装有计算机数控系统，能够根据编好的程序加工零件，综合了机械、自动化、计算机和微电子技术，高度自动化。带有刀库的数控机床即为加工中心，能够自动换刀，具有更高的柔性，加工效率高。为了提高加工效率，确保加工精度，目前广泛采用在线检测（又称在机检测）方式，即在加工过程中，实时对工件和刀具进行检测，并依据检测结果做出相应的调整；常采用测头在工序间进行检测，并修正工件和刀具的偏置量。广泛采用的接触式测头（又称接触触发式测头）是数控机床在线检测系统的关键部件，直接影响在线检测的精度。

接触式测头包含本体和接收器，其本体包含刀柄、外壳、电池仓、测针、微动开关、控制电路和弹性元件。测头的刀柄用于换刀机械手夹持，安装于机床的主轴或存放于刀库。在测量时，测头的测针与工件接触，引发弹性元件发生弹性变形，微动开关断开，触发控制电路发出控制信号，与接收器无线通信；测量结束后，弹性元件回复，微动开关重新接通。测头的弹性元件由弹簧制成。电池仓内安装电池，用于给控制电路供电。

现有的接触式测头存在测量效率低、测量误差难以补偿的不足。测量误差难以补偿的主要原因在于：接触式测头的预行程误差不可避免，该误差为从测针的测球接触到工件到测头发出控制信号时的位移量，也可以表达为测针克服弹簧预紧力以及测头各部件所产生弹性变形的总和；不同材料和结构会导致测量误差的非规律性，无法消除。针对这些不足，申请号为201110303424.1的发明专利公开了一种数控机床在机检测测头及检测系统，包括测杆和导向机构，测杆顶部设有弹性复位机构，检测系统对测量数据进行误差补偿，对修正后的数据经过相应的运算可以计算出所测工件的空间位姿和形状信息，利用所得结果指导工件的定位和加工修正，能够节约辅助加工时间，降低工件报废率。申请号为201711418496.4的发明专利公开了一种用于CNC机台探头的检测控制装置及其控制方法，通过在探针上设置振动采集仪和触发过滤器，当振动指数超出预设的范围时，控制探针暂停工作，触发滤波器消除振动，当振动指数恢复到预设的范围时，继续工作；解决了由于振动引起探针弯曲或探头误触导致测量精度下降的问题。

现有的接触式测头在测量时，引发弹性元件的弹性变形和回复；长期工作使得弹性元件产生弹性减退、蠕变和应力松弛，出现永久变形，导致检测精度降低，也会引起弹性元件及其相关元件的疲劳和断裂，造成损坏。申请号为202022883048.5的实用新型专利公开了一种数控机床用测头，包括凸台和测针，安装有扭力弹管和弹簧；在测量时，对弹簧以及扭力弹管的形变力进行缓冲，降低不可逆形变，确保测量准确性和使用寿命。申请号为201822235193.5的实用新型专利公开了一种数控机床测头，安装有铜片、第一限位套、第二限位套、限位杆、限位块、滑轨，设置弹簧，避免工件对测头进行横向的挤压造成测头活动甚至偏转，使用寿命更长。申请号为202022620133.2的实用新型专利公开了一种数控机床测头，包括主体、活动套和强磁片，安装有弹簧、强磁体和强磁片，提升使用时的稳定性。申请号为201910118300.2的发明专利公开了一种用于调校雷尼绍测头的机构及调校方法，包括底座主体、环形件和顶杆，能够提高校正效率，恢复雷尼绍测头的测量精度，满足数控加工中心工件找正和工件在线检测的准确性，提高加工质量。

加工中心的接触式测头由换刀机械手安装于主轴进行测量；测量完毕后，存放于刀库。加工中心的刀库用于存放刀具，存在切屑与切削液的污染，在运行中会出现振动，也存在碰撞风险。测头是精密的检测仪器，剧烈振动会导致其弹性元件疲劳、精度降低，影响使用寿命。申请号为201922377885.8的实用新型专利公开了一种数控机床测头，固定喷气装置，可去除加工件表面的灰尘和杂质，降低测量误差，提高准确度。申请号为202011125300.4的发明专利公开了一种数控机床测头，包括测头收回装置和保护装置，在测头不使用时能够收回，进行保护，防止测头损伤。申请号为202020679233.X的实用新型专利公开了一种加工中心刀库自动隔离装置，将刀库与加工空间分隔，以解决加工空间内的铁屑容易飞溅到库内，易导致刀库和刀具的零件磨损，影响刀库和刀具使用寿命的问题。

现有加工中心的刀库不仅有链式、盘式和斗笠式刀库，还有其他多种定制的刀库。申请号为202022336407.5的实用新型专利公开了一种锯片刀库结构，包括摆臂、连接部件一、刀座、伸缩装置、连接部件二，独立于其他刀具的刀库，取放刀时不会与其他刀具发生干涉。申请号为200820037236.2的实用新型专利公开了一种机床自换刀简易刀库，包括刀库支架、刀座，刀库支架用螺栓固定在机床工作台上，不存在加工件与刀库的高度干涉，克服了一次装夹不超过三把刀具的缺陷。申请号为201520245151.3的实用新型专利公开了一种直线排列式刀库和机床，包括刀架、导杆、伸缩机构，能够减少主轴的取刀时间，提高取刀效率。

随着物联网、云计算和人工智能等新一代信息技术的应用和发展，数控机床的检测技术和智能化水平不断提高。在此基础上，需要进一步研究改进加工中心的在线检测装置与检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工中心的在线检测装置与相关检测方法，改进测头结构及其存放方式，确保在线检测的精度，避免剧烈振动和污染，提高使用寿命。本发明的具体技术方案如下。

一种加工中心的在线检测装置，包含测头和安装于加工中心的测仪库。所述测头包含本体和接收器，所述本体至少包含刀柄、外壳、电池仓、测针、弹性元件和控制电路。在测量时，所述测头通过所述刀柄安装于加工中心的主轴，其测针与工件接触，引发所述弹性元件发生弹性变形，微动开关断开，触发所述控制电路发出控制信号，与接收器无线通信，进行在线检测；在测量结束后，所述测头存放于所述测仪库，能够缓冲，避免引发剧烈振动，也能够避免切屑和切削液的污染，提高使用寿命。所述测针在下端带有测球，通过所述测球与工件接触，进行测量。所述弹性元件至少包含弹簧。所述刀柄为圆锥形结构，在上端带有拉钉，在下端的圆锥面上带有夹持槽（又称环形槽或V型槽）和定位槽，在下端与所述外壳固定连接，成为一体。

所述电池仓至少包含面板，安装充电电池，为所述测头供电；所述面板为弧柱形曲板，带有弹簧触点，或者带有充电线圈，为所述充电电池自动充电，免维护。所述测仪库包含内套、外套、内框和外壳，通过所述内套容纳所述测头，使得所述测头存放于所述测仪库；所述内套为套筒结构，能够弹性内缩，夹持并存放所述测头；也能够弹性外胀，释放并提取所述测头；所述外套为圆筒形结构，容纳所述内套，安装于所述内框，能够相对所述内框旋转；所述内框为框架形结构，带有第一驱动件，通过所述第一驱动件驱动所述外套旋转，以驱动所述测头旋转；所述外壳为长方体状容器，至少包含上盖，固定安装于加工中心，在内部安装有第二驱动件，通过所述第二驱动件驱动所述上盖开启和关闭，在内部固定并容纳所述内套、外套和内框，能够避免切屑和切削液的入侵和污染。

所述电池仓还包含锁片、胶塞、支架、充电电路和端子板；通过所述支架安装充电电池，为所述测头的控制电路供电；通过所述锁片锁定，使得所述电池仓及其充电电池固定安装于所述测头并供电。所述面板包含上下两个水平的端面和竖立的劣弧形圆柱面，在所述圆柱面上带有弹簧触点，或者带有充电线圈，用于为所述充电电池自动充电，免维护。所述充电线圈为平铺的螺旋线结构，固定于所述面板的圆柱面内。

所述面板在圆柱面的中央带有通孔；所述通孔用于安装胶塞，避免切屑和切削液进入所述测头内部，避免切屑和切削液导致的污染；所述通孔也用于穿过螺丝刀，便于以螺丝刀驱动所述锁片转动，进行所述电池仓的装拆。所述面板在上下两个水平的端面上都带有通槽和扣眼，通过所述通槽使得所述锁片露出，以锁定所述电池仓；通过所述扣眼与支架形成卡扣，使得所述面板与支架固定连接，成为一体。所述通槽上下贯通所述面板的上下两个端面，呈现与所述锁片垂直的直条形结构，使得所述锁片能够露出所述面板的端面，以锁定所述电池仓；也使得所述锁片能够缩进所述面板的端面，以解除所述电池仓的锁定。所述扣眼为竖向的通孔，上下贯通所述面板的上下两个端面，其边缘向所述面板的内部凹陷，便于与支架形成卡扣，避免在所述电池仓安装于所述测头时发生干涉。

所述锁片为带翼的圆筒形曲板，包含圆筒和翼片，在所述圆筒的底部中心带有操作孔，能够以螺丝刀插入所述操作孔驱动旋转，进行所述电池仓的装拆。所述圆筒为带底的圆筒形结构，其口沿外翻形成圆环形的翻边。所述翼片为沿着所述圆筒径向的长条形直板，在其内侧端与所述锁片的翻边固定连接，成为一体；使得所述翼片成为圆筒的两翼，在所述锁片旋转时，所述翼片能够从所述通槽伸出，以锁定所述电池仓；所述翼片也能够从所述通槽缩进，以解除所述电池仓的锁定。所述操作孔为非回转结构的通孔，便于以螺丝刀插入驱动旋转。

所述支架为工字型框架结构，包含位于前后两端的横板和纵梁，通过所述纵梁连接所述横板，成为工字型的整体框架。所述横板在所述纵梁的左右两边的内侧都带有弹簧触点，并通过所述弹簧触点卡接充电电池；使得所述充电电池安装于所述支架内，为所述测头的控制电路供电。前端的所述横板在前面的中央带有纵向的圆筒形凸起，通过所述凸起插入所述锁片的圆筒，为所述锁片提供定位，避免所述锁片相对所述面板和支架横向移位。前端的所述横板在上下两边沿都带有卡钩，通过所述卡钩卡入所述面板的扣眼，形成卡扣，使得所述面板与支架固定连接，成为一体。

所述纵梁为沿着纵向的直梁，带有上下表面和左右侧面，在前后两端分别与所述横板固定连接，在后部的下表面带有端子板，通过所述端子板与所述测头的控制电路电连接，使得所述支架的充电电池能够为所述测头的控制电路供电。所述纵梁在其上下表面或左右侧面向其内部凹陷，在所述凹陷内带有充电电路，通过所述充电电路检测所述充电电池的电压，并为所述充电电池自动充电。所述充电电路与安装于所述面板圆柱面的弹簧触点或充电线圈电连接，也与所述充电电池电连接，能够通过所述弹簧触点或充电线圈为所述充电电池自动充电。

所述测仪库包含内套、外套、内框、外壳和控制箱，安装于加工中心，通过所述内套容纳所述测头，使得所述测头存放于所述测仪库，能够缓冲，避免引发所述测头的剧烈振动，也能够避免切屑和切削液的污染，提高所述测头的使用寿命。所述内套为竖立的套筒结构，包含上方的胀缩套和下方的支撑筒，并包含内侧的柔性层和外侧的刚性层，能够通过所述胀缩套弹性内缩，卡入所述测头在刀柄上的夹持槽和定位槽，夹持并存放所述测头；也能够通过所述胀缩套弹性外胀，释放并提取所述测头。

所述胀缩套在弹性内缩的夹持状态为圆筒形结构，竖向分割为至少三瓣，并在上端内沿向内突出，形成至少三个夹爪，通过所述夹爪卡入所述测头在刀柄上的夹持槽，以夹持并存放所述测头。所述胀缩套在自然状态时，呈现喇叭口形状，所述夹爪外胀，便于释放并提取所述测头。所述胀缩套在其下部的内侧带有充电板，与所述控制箱电连接，获得电能，用于为所述电池仓内的充电电池自动充电。

所述充电板为矩形曲板，固定安装于所述胀缩套下部的内侧面，与所述控制箱电连接，获得电能。当所述电池仓的面板带有充电线圈时，采用无线充电方式，则所述充电板内带有线圈，用于与所述充电线圈耦合，利用电磁感应原理，使得所述充电线圈获得充电电能。当所述电池仓的面板带有弹簧触点时，采用接触充电方式，则所述充电板的表面带有端子板，用于与所述弹簧触点弹性抵接，使得所述电池仓的充电电路通电，为所述电池仓内的充电电池自动充电。

所述夹爪位于所述胀缩套上端的内沿，向内突出，能够卡入所述测头在刀柄上的夹持槽，以夹持并存放所述测头。所述夹爪带有定位键，通过所述定位键卡入所述测头刀柄的定位槽，进行定位。所述定位键位于所述夹爪的内侧，并向内突出，与所述测头刀柄定位槽的形状和位置相匹配。

所述支撑筒为竖立的阶梯圆筒形结构，在上端与所述胀缩套的下端弹性连接，成为一体。所述支撑筒在中部直径缩小，形成水平的圆环形支撑面，即阶梯面，通过所述支撑面抵接所述测头的外壳，便于存放所述测头，具有支撑作用。所述支撑筒在上部的外侧面上带有径向的螺纹孔，并利用所述螺纹孔拧入螺钉。所述支撑筒在下部比上部直径小，并在下部的内壁上带有朝内的刷毛，通过所述刷毛弹性抵接所述测头的测针，能够缓冲，避免引发所述测针的剧烈振动，以保护所述测头。

所述柔性层位于所述刚性层的内侧，具有弹性，与所述测头接触，能够缓冲，以保护所述测头。所述刚性层与所述柔性层固定连接，具有刚性，为所述柔性层提供固定和支撑。在所述胀缩套与支撑筒的连接处，所述刚性层断开，形成环形缝隙，使得所述胀缩套与支撑筒仅通过柔性层弹性连接，便于所述胀缩套上端的所述夹爪弹性外胀和内缩。

所述外套为竖立的阶梯圆筒形结构，包含夹套、弹簧和筒轴，在内侧容纳所述内套，提供固定和支撑；在外侧安装于所述内框，能够相对所述内框旋转。所述夹套为竖立的圆筒，带有内侧面，并通过所述内侧面挤压所述内套的胀缩套，使得所述胀缩套弹性收缩，所述夹爪卡入所述测头在刀柄上的夹持槽，以存放所述测头。所述夹套在中部带有竖向长条形的竖槽，通过所述竖槽穿过安装于所述内套的螺钉，以限定所述内套在竖向的相对移动范围，并避免相对旋转，使得所述外套能够驱动内套旋转。所述夹套在上端带有圆环形的外凸沿，在下端带有下边沿，通过所述外凸沿和下边沿安装于所述内框，并相对旋转。所述夹套在下端带有径向的通孔，能够利用所述通孔穿过螺钉，与所述筒轴紧固连接。

所述弹簧为竖立的圆筒形压缩弹簧，能够竖向弹性伸缩，在下端与所述筒轴抵接，在上端与安装于所述内套的螺钉抵接；使得所述内套在空置状态时，位于上极限位置，所述夹爪自然外胀，所述弹簧自然伸长；也使得所述内套在存放所述测头时，位于下极限位置，所述夹爪在外侧受到所述夹套的卡夹，弹性内缩，夹持所述测头的刀柄，所述弹簧被弹性压缩。

所述筒轴为竖立的阶梯圆筒形结构，包含直径依次减小的上段、中段和下段，中空，以便于排出所述测头表面的切屑和切削液。所述上段位于所述筒轴的上部，在上端外翻，形成翻边，在所述翻边的外侧沿带有径向的螺孔，并利用所述螺孔拧入螺钉，所述螺钉穿过所述夹套下端的通孔，与所述夹套的下端紧固连接。所述上段通过所述翻边的上表面与所述弹簧的下端抵接；所述上段容纳所述内套的支撑筒的下部。所述中段在上端连接所述上段，在下端连接所述下段，容纳所述测头的测针。所述筒轴在中段和下段的外侧面，安装于所述内框，获得驱动力并相对旋转。所述下段在下端的外侧面带有径向的螺孔；所述螺孔带有内螺纹，能够拧入螺钉。

所述内框为框架形结构，包含竖直杆和水平杆，并带有盖板、中轨轮、下轨轮、齿轮、滑轨、齿条和第一驱动件，位于所述外壳的内部，以固定所述外套和外壳，并安装于加工中心。所述水平杆包含横向杆和纵向杆；所述横向杆、纵向杆和竖直杆固定连接，共同构成框架形结构。所述横向杆、纵向杆和竖直杆都在端面带有轴向的螺孔，在侧面带有与轴向垂直的通孔，能够利用紧固件穿过所述通孔，进行紧固连接。

所述盖板为水平板，位于所述内框的上表面，在下表面与所述竖直杆固定连接，成为一体。所述盖板带有圆形的通孔，利用所述通孔穿过所述外套，以容纳并支撑所述外套。所述盖板在所述通孔的边沿带有沿圆周均匀分布的上轨轮，通过所述上轨轮卡固所述外套的外凸沿，使得所述外套安装于所述内框，并能够相对旋转，为所述外套的上部提供水平方向的支撑。所述上轨轮包含槽轮、轮轴和轮架，通过所述轮架固定安装于所述盖板的通孔的边沿。所述槽轮在中心带有轮孔，利用所述轮孔穿过轮轴，能够绕所述轮轴旋转，在圆周面带有凹槽，通过所述凹槽卡固所述外套的外凸沿。所述轮架为沿着所述盖板的通孔径向的U形支架结构，在内侧带有竖向的安装孔，通过所述安装孔穿过所述轮轴，并与所述轮轴固定连接，使得所述槽轮位于所述轮架U形支架的内部，为所述槽轮和轮轴提供固定和支撑，也使得所述槽轮能够相对旋转。所述轮架在外侧带有竖向的钉孔，利用所述钉孔穿过紧固件与所述盖板固定连接。

所述中轨轮朝向上方，与所述上轨轮的结构相同，包含槽轮、轮轴和轮架，通过所述槽轮抵接所述夹套下端的下边沿，为所述外套提供向上的支撑，并能够相对旋转。所述中轨轮的槽轮在圆周面上带有凹槽，通过所述凹槽抵接所述夹套下端的下边沿，为所述外套提供向上的支撑。所述中轨轮的轮架为向上的U形支架结构，在下侧固定安装于所述水平杆的上侧，获得固定和支撑。

所述下轨轮位于所述中轨轮的下方，包含鼓形轮、轮轴和轮架，通过所述鼓形轮卡固所述筒轴的中段，使得所述外套安装于所述内框，并能够相对旋转，为所述外套的下部提供水平方向的支撑，通过所述轮架固定安装于所述水平杆，获得固定和支撑。所述下轨轮的鼓形轮为带有鼓形工作面的滚轮，并通过所述鼓形工作面卡固所述筒轴的中段，能够相对滚动，为所述外套提供水平方向的支撑。所述下轨轮的轮架为水平的U形支架结构，在上侧固定安装于所述水平杆的下侧，获得固定和支撑。

所述齿轮为圆盘形结构，在中心带有轴孔，在外圆周面上带有轮齿，通过所述轴孔穿过所述筒轴的下段，获得固定和支撑，通过所述轮齿与齿条配合，获得旋转驱动力，能够驱动所述外套旋转。所述齿轮在轴孔的边沿向下延伸，形成圆筒形的轮毂，通过所述轮毂固定安装于所述筒轴的下段，获得固定和支撑。所述齿轮的轮毂带有径向的钉孔，通过所述钉孔穿过螺钉，使得所述螺钉与所述下段的螺孔配合，将所述齿轮固定于所述筒轴。

所述滑轨为纵向的直条形结构，在右侧面带有纵向的直槽，通过所述直槽与齿条配合，使得所述齿条能够相对滑动，并为所述齿条提供限位，确保所述齿条与齿轮的配合。所述滑轨在下侧面带有支架，通过所述支架与外壳固定，获得固定和支撑。所述滑轨的支架包含纵向竖立的立板、横向竖立的加强筋和水平的基板，在所述立板和加强筋的上端与所述滑轨的下侧面固定连接，通过所述基板固定安装于所述外壳。所述基板位于立板和加强筋的下端，与所述立板和加强筋固定连接，成为一体。

所述齿条为纵向的直条形结构，在右侧面带有竖齿，在左侧面带有凸榫，通过所述竖齿与齿轮的轮齿啮合，使得所述齿条能够驱动所述齿轮旋转，通过所述凸榫卡入齿条的直槽，与所述直槽配合，能够相对滑动，并获得限位，确保所述竖齿与齿轮的轮齿啮合。所述齿条在后端带有竖向的通孔，并利用紧固件穿过所述通孔，与第一驱动件固定连接，获得驱动力，产生前后往复的直线运动。

所述第一驱动件为纵向的直条形结构，包含外筒和驱动杆，与控制箱电连接，使得所述驱动杆产生前后往复的直线运动，获得驱动力，至少能够外伸、内缩和锁定。所述第一驱动件通过所述外筒与外壳固定连接，获得固定和支撑，通过所述驱动杆与齿条固定连接，使得所述齿条获得驱动力，产生前后往复的直线运动，至少能够外伸、内缩和锁定。所述外筒为直筒形结构，容纳并驱使所述驱动杆产生前后往复的直线运动。所述驱动杆为纵向的直杆，在前端带有竖向的通孔，并利用紧固件穿过所述通孔，与齿条的后端固定连接。

所述外壳为长方体状容器，包含下壳、上盖和底板，并通过所述底板固定安装于加工中心，在内部安装有第二驱动件，以驱动所述上盖开启和关闭，在内部固定并容纳所述内套、外套、内框和控制箱，避免切屑和切削液的入侵和污染，具有保护作用。

所述下壳为竖立的矩形方筒，包含左侧面、右侧面、前侧面和后侧面，在上下两端开放，在所述左侧面和右侧面都带有横向的螺钉孔，利用所述螺钉孔穿过螺钉，与内框的水平杆和底板固定连接。所述下壳在左侧面的上边沿带有铰链，通过所述铰链与上盖铰接，使得所述上盖能够相对旋转，以开启和关闭。所述下壳在上边沿内收，便于与所述上盖封闭，避免切屑和切削液的入侵和污染。

所述上盖为下扣的矩形方盖，带有下边沿，扣放于所述下壳的上边沿，以封闭所述下壳的上端，避免切屑和切削液的入侵和污染。所述上盖向上凹陷，呈现下扣的矩形方盖，并带有横向的加强筋，以提高结构强度。所述加强筋位于所述上盖的向上凹陷部位，并向内凸出，呈现向内的凸筋，以提高结构强度。所述上盖在左侧的下边沿与所述下壳左侧面的上边沿，通过所述下壳的铰链铰接。所述上盖在下边沿外展，并与所述下壳内收的上边沿配合，具有封闭作用，避免切屑和切削液的入侵和污染。

所述上盖在中部的内侧面带有弹性的衬垫，并通过所述衬垫抵接存放的所述测头的刀柄，以吸收振动能量，进行缓冲，保护所述测头，避免引发所述测头的剧烈振动，提高使用寿命。所述衬垫为水平的矩形垫，具有弹性，在上表面与所述上盖的内侧面固定连接，在下表面与所述测头的刀柄上端抵接，进行缓冲，以保护所述测头。

所述第二驱动件为竖向的直条形结构，包含外筒和驱动杆，通过所述外筒与内框铰接，并通过所述驱动杆与上盖的内侧面铰接，与所述控制箱电连接，能够驱动所述驱动杆，相对所述外筒轴向外伸，以驱动所述上盖左旋并开启，以存取所述测头；也能够驱动所述驱动杆，相对所述外筒轴向内缩，以驱动所述上盖右旋并关闭，以保护所述测头。

进一步地，所述第二驱动件的外筒为直筒形结构，容纳所述驱动杆，并使得所述驱动杆能够产生上下往复的直线运动，至少能够外伸、内缩和锁定。所述第二驱动件的外筒在下端与内框铰接，优选通过铰链与所述内框的水平杆铰接，便于所述第二驱动件在伸缩过程中相对旋转，避免发生干涉。另外，所述盖板在与所述第二驱动件外筒的交叉部位，带有横向通槽，避免发生干涉。所述第二驱动件的驱动杆为竖向的直杆，在上端带有铰链，通过所述铰链与上盖的内侧面铰接，便于所述第二驱动件在伸缩过程中相对旋转，避免发生干涉。

所述底板为矩形的平板，带有上下贯通的钉孔和漏孔，在左侧和右侧的边沿都上翻，形成翻边，并通过所述翻边与所述下壳固定连接，成为一体。所述翻边为纵向竖立的长条形结构，带有横向的螺孔，能够以螺钉拧入所述螺孔，使得所述底板与下壳固定连接，成为一体。所述钉孔为圆形通孔，与所述内框水平杆的通孔向对应，能够穿过紧固件，用于将所述底板与内框固定连接，成为一体，也用于将所述测仪库安装于加工中心。所述漏孔优选圆形通孔，面积大于所述钉孔，用于排出内部的切屑和切削液。

所述测仪库在加工中心的安装至少包含安装于加工中心的工作台和安装于加工中心的立柱。在安装于加工中心的立柱时，需要设计专用支架，能够水平移动和旋转，避免与加工中心的主轴发生干涉。优选本发明的所述检测装置安装于加工中心的工作台，能够随着所述工作台产生纵向和横向的位移，使得所述检测装置与加工中心的主轴对齐，能够利用所述主轴存放和提取所述测头。

所述控制箱为竖立的纵向长方体形箱体，在内部带有电路板，固定安装于所述内框，与加工中心电连接，获得电能并通信，驱动并控制第一驱动件、第二驱动件产生轴向往复的直线运动，以驱动存放的所述测头旋转，驱动所述上盖开启和关闭，配合加工中心提取、存放和旋转所述测头。所述电路板至少带有电源模块、驱动模块和控制模块，通过所述电源模块与加工中心的数控系统电连接，获得电能，并为驱动模块和控制模块供电，通过所述驱动模块与第一驱动件、第二驱动件电连接，驱动并控制第一驱动件、第二驱动件外伸、内缩和锁定。所述电源模块分别与驱动模块、控制模块及加工中心的数控系统电连接，使得所述驱动模块、控制模块获得需要的电压和功率。所述驱动模块分别与第一驱动件、第二驱动件电连接，驱动并控制第一驱动件、第二驱动件进行外伸、内缩和锁定。所述控制模块与加工中心的数控系统通信，也与电源模块、驱动模块通信，使得加工中心的数控系统能够控制所述测仪库，使得所述测仪库能够配合加工中心提取、存放和旋转所述测头。

一种加工中心的在线检测方法，采用所述的检测装置，使得加工中心的数控系统与所述控制箱的控制模块通信；改变所述测头的工作状态，能够确保在线检测的精度，提高所述测头的使用寿命；在所述控制箱的控制模块中安装主控程序，在所述主控程序中设置变量n；n表示测头在所述测仪库内的存放次数，初始值为0；主要包含以下步骤：

第一步，加工中心在加工过程中需要进行在线检测时，加工中心的数控系统控制换刀机械手，将安装于主轴的刀具放入刀库；主轴位于换刀位置，避免与所述测仪库发生干涉；

第二驱动件外伸，驱动所述上盖开启；同时所述测仪库移动到与主轴正对的位置；所述第二驱动件锁定。

第二步，主轴下行，使得存放于的所述测仪库的测头的刀柄进入主轴的锥孔；主轴夹紧，使得所述测头安装于主轴；

主轴上行；使得安装于主轴的所述测头上行，带动所述内套向上移动，所述内套的胀缩套自然外胀，释放所述测头；所述弹簧自然伸长，使得所述内套处于自然状态，并位于上极限位置；

工作台移动，同时第二驱动件内缩，驱动所述上盖关闭；所述第二驱动件锁定；即完成了所述测头的提取过程；

所述测头进行测量。

第三步，测量完毕后，主轴上行，优选到达换刀位置；工作台移动，同时第二驱动件外伸，驱动所述上盖开启；所述测仪库移动到与主轴正对的位置；所述第二驱动件锁定；

主轴下行，使得安装于主轴的测头的外壳，进入所述测仪库的内套；导致所述内套向下移动，引起所述外套的弹簧压缩，所述夹套上端的内侧面挤压所述内套的胀缩套，使得所述胀缩套弹性收缩，所述夹爪卡入所述测头在刀柄上的夹持槽，所述夹爪的定位键卡入所述测头刀柄的定位槽，进行定位，避免所述测头相对于内套转动；

主轴松开，然后上行；由于所述夹套的内侧面对所述胀缩套挤压作用产生的摩擦力，加上所述测头的重力作用，使得所述外套的弹簧保持压缩状态；所述内套处于弹性内缩的夹持状态，并位于下极限位置；

工作台移动，同时第二驱动件内缩，驱动所述上盖关闭；所述第二驱动件锁定，即完成了测头的存放过程。由于所述测头在加工中心加工时，存放于所述测仪库，能够吸收振动能量，进行缓冲，保护所述测头，避免引发所述测头的剧烈振动和污染，提高使用寿命。

第四步，令n=n+1；若n为偶数，则结束；

若所述第一驱动件处于外伸状态，则控制第一驱动件内缩，驱动所述齿条向后移动，驱动所述齿轮右旋180º，使得所述测头右旋180º；

否则（即，所述第一驱动件位于内缩状态），控制第一驱动件外伸，驱动所述齿条向前移动，驱动所述齿轮左旋180º，使得所述测头左旋180º；因此，所述第一驱动件驱动所述测头旋转180º；

所述第一驱动件锁定；

结束。

在所述在线检测方法中，若存放次数n为奇数，则使得存放的所述测头旋转180º；若存放次数n为偶数，则不旋转存放的所述测头。因此，所述在线检测方法改变了所述测头的工作状态，有助于弹性元件的弹性回复，能够确保在线检测的精度；避免弹性元件产生永久变形、弹性减退和材料的蠕变与应力松弛，能够有效避免疲劳、断裂和损坏，提高了所述测头的使用寿命。

一种精度检测方法，用于所述检测装置的在线精度检验，利用所述的在线检测方法（即所述的一种加工中心的在线检测方法），对安装于加工中心的同一零件的同一点，连续两次进行测量，在其中的一次测量中使得测头旋转180º；两次测量结果之差的绝对值能够，消除所述测头的预行程误差，消除系统误差的影响，反映所述测头的精度降低程度是否处于可控范围；

其主要包含以下步骤：

第一步，利用所述的在线检测方法，检测安装于加工中心的机械零件的一个点，获得的坐标值为（x ₁,y ₁,z ₁），其中，x ₁为横坐标，y ₁为纵坐标，z ₁为竖坐标。

第二步，利用所述的在线检测方法，检测所述机械零件的同一个点，获得的坐标值为（x ₂,y ₂,z ₂），其中，x ₂为横坐标，y ₂为纵坐标，z ₂为竖坐标。

第三步，计算t _m= max{|x ₁–x ₂|, |y ₁–y ₂|, |z ₁–z ₂|}；其中，t _m为最大测量误差值，即在横坐标、纵坐标和竖坐标的测量误差中，其绝对值的最大值；

若t _m≦T _m，则合格；否则不合格，需要调整或维修；其中，T _m为设定的精度。所述精度采用误差数值表示；误差数值小则精度高，误差数值大则精度低。

在所述的精度检测方法中，对安装于加工中心的同一零件的同一点，利用所述在线检测方法连续两次进行测量，在其中的一次测量中使得所述测头旋转180º；因此，两次测量结果之差的绝对值能够，消除所述测头的预行程误差，即测针克服弹簧预紧力以及测头各部件所产生弹性变形的总和，能够更真实地反映所述测头的永久变形、弹性减退和材料的蠕变与应力松弛程度。两次测量结果之差的绝对值与设定的精度比较，能够消除系统误差的影响，更真实地反映所述测头的精度降低程度是否处于可控范围。

补充说明：（1）所述电池仓包含充电电路，目的在于与现有技术中所有品牌的接触式测头兼容。在自主研发测头时，优选将所述电池仓的充电电路与测头的控制电路集成。

（2）所述外套的弹簧为竖立的圆筒形压缩弹簧；在空置状态时，所述内套位于上极限位置，所述弹簧自然伸长；在存放所述测头时，所述内套位于下极限位置，所述弹簧被弹性压缩。所述内套在存放所述测头时，由于所述夹套的内侧面对所述胀缩套挤压作用产生的摩擦力，加上所述测头的重力作用，使得所述外套的弹簧保持压缩状态；所述内套处于弹性内缩的夹持状态，并位于下极限位置。因此，所述弹簧在设计时，应充分考虑其载荷和工作条件，合理确定其弹性模量和强度，确保满足工作要求。

（3）所述第一驱动件和第二驱动件都产生轴向往复的直线运动，能够外伸、内缩和锁定，与所述控制箱的驱动模块电连接。因此，所述第一驱动件和第二驱动件都优选直线电机，也可选择电缸、汽缸或液压缸。

（4）所述在线检测方法利用变量n，控制每存放两次将所述测头旋转180º一次；因此，需要采用技术手段判断所述电池仓的方位，确保所述内套的充电板与电池仓相对，避免影响充电。另外，所述电池仓的面板在所述圆柱面上带有弹簧触点时，应该采用技术手段避免意外导通，防止损坏。

（5）所述精度检测方法检验本发明的所述检测装置是否合格，即所述测头的精度降低程度是否处于可控范围。由于两次测量结果之差的绝对值能够，消除接触式测头的预行程误差，因此，T _m的数值应小于所述测头的标称精度。

本发明的有益效果如下：（1）本发明的所述检测装置包含测头和安装于加工中心的测仪库；在测量结束后，所述测头存放于所述测仪库，能够缓冲，避免引发剧烈振动，也能够有效避免切屑和切削液的污染，提高使用寿命。在现有技术中，加工中心的接触式测头由换刀机械手安装于主轴进行测量；测量完毕后，存放于刀库。加工中心的刀库用于存放刀具，存在切屑与切削液的污染；在运行中会出现剧烈振动，也存在碰撞风险。测头是精密的检测仪器，剧烈振动会导致其弹性元件疲劳、精度降低，影响其使用寿命。

因此，与测头存放于刀库相比，本发明的所述检测装置将所述测头存放于所述测仪库，能够有效避免刀库中刀具沾附的切屑与切削液滴落在所述测头上，避免切屑和切削液的污染；也能够吸收振动能量，进行缓冲，有效避免引发剧烈振动，能够降低碰撞和损伤风险，大大提高所述测头的使用寿命。

（2）本发明所述测仪库的内套能够通过所述胀缩套弹性内缩，卡入所述测头在刀柄上的夹持槽和定位槽，夹持并存放所述测头；也能够通过所述胀缩套弹性外胀，释放并提取所述测头。所述内套包含内侧的柔性层，具有弹性，与所述测头接触，能够缓冲，以保护所述测头。所述内套的支撑筒在下部的内壁上带有朝内的刷毛，通过所述刷毛弹性抵接所述测头的测针，能够吸收振动能量，进行缓冲，避免引发所述测针的剧烈振动。所述外套的筒轴为竖立的阶梯圆筒形结构，中空，便于排出所述测头表面的切屑和切削液。

现有加工中心的刀库有链式、盘式和斗笠式刀库，还有其他多种定制的刀库。因此，与现有的刀库相比，本发明所述测仪库的胀缩套能够弹性内缩，夹持并存放所述测头；也能够弹性外胀，释放并提取所述测头；所述内套的柔性层能够缓冲，以保护所述测头；所述内套的刷毛弹性抵接所述测头的测针，能够吸收振动能量，进行缓冲，避免引发所述测针的剧烈振动；所述外套的筒轴中空，便于排出所述测头表面的切屑和切削液。可见，本发明的所述测仪库便于夹持、存放、释放并提取所述测头，也便于排出切屑和切削液；能够吸收振动能量，缓冲，避免引发剧烈振动；更能够有效的保护所述测头，提高使用寿命。

另外，本发明的所述测仪库能够扩充，以存放对刀仪和多个所述测头，便于采用不同长度的测针和不同直径的测球，以适应不同的零件表面特征，增强适应性。

（3）本发明的所述电池仓包含面板、支架和充电电路，通过所述支架安装充电电池，为所述测头供电；所述面板在圆柱面上带有弹簧触点，或者带有充电线圈，为所述充电电池自动充电，免维护。所述内套的胀缩套在其下部的内侧带有充电板，与所述控制箱电连接，获得电能，为所述电池仓内的充电电池充电。当所述电池仓的面板带有充电线圈时，采用无线充电方式；当所述电池仓的面板带有弹簧触点时，采用接触充电方式。

现有的接触式测头普遍采用一次性电池供电，需要人工更换。现有的无线充电技术不断发展，已经应用于手机充电。因此，与现有的接触式测头相比，本发明提出了改进的所述电池仓，能够用于现有的测头；并将现有的无线充电和接触式充电技术用于所述测头，实现了所述充电电池的自动充电，能够免维护。

另外，现有的接触式测头采用一次性电池供电，也限制了激光测量技术、电磁力吸引元件和其他耗电量较大技术的应用，限制了测头技术的发展。因此，本发明有助于这些技术的应用和发展，促进非接触式测量与接触式测量技术的融合。随着物联网、云计算和人工智能等新一代信息技术的应用和发展，也有利于数控机床检测技术和智能化水平不断提高。

（4）现有的接触式测头存在测量效率低、测量误差难以补偿的不足。测量误差难以补偿的主要原因在于：接触式测头的预行程误差不可避免，该误差为从测针的测球接触到工件到测头发出控制信号时的位移量，也可以表达为测针克服弹簧预紧力以及测头各部件所产生弹性变形的总和。现有的接触式测头在测量时，引发弹性元件的弹性变形和回复；长期工作使得弹性元件产生弹性减退、蠕变和应力松弛，出现永久变形，导致检测精度降低，也会引起弹性元件及其相关元件的疲劳和断裂，造成损坏。另外，现有机械零件的加工普遍根据订单批量加工，被测零件的结构特征和测量点相同，使得加工中心的接触式测头的测针，沿着同一方向不断发生弹性变形和回复，易于出现永久变形，导致检测精度降低。

本发明所述的在线检测方法中，若存放次数n为奇数，则使存放的所述测头旋转180º；所述测头每存放两次将所述测头旋转一次；即每连续测量两次都将所述测头旋转一次。因此，与现有检测方法相比，本发明的在线检测方法每连续测量两次，都将所述测头旋转一次，改变了所述测头的工作状态，有助于弹性元件的弹性回复，能够确保在线检测的精度；避免产生永久变形、弹性减退和材料的蠕变与应力松弛，能够有效避免疲劳、断裂和损坏；因而，能够大大提高所述测头的使用寿命。

（5）本发明所述的精度检测方法对安装于加工中心的同一零件的同一点，利用所述在线检测方法连续两次进行测量，在其中的一次测量中使得所述测头旋转180º；因此，两次测量结果之差的绝对值能够，消除接触式测头的预行程误差，即测针克服弹簧预紧力以及测头各部件所产生弹性变形的总和，能够更真实地反映所述测头的永久变形、弹性减退和材料的蠕变与应力松弛程度。

然而，如申请号为201910118300.2的发明专利公开的调校机构及调校方法所述，现有的测头普遍采用离线检测和调校方法。因此，与现有的离线检测方法相比，本发明提出的所述精度检测方法，用于所述检测装置的在线精度检验，不必拆卸，能够大大提高效率；也能够消除系统误差的影响，更真实地反映所述测头的精度降低程度是否处于可控范围。

另外，本发明提出的所述精度检测方法，有利于促进数控机床在线检测精度的提高，也有利于数控机床检测技术和智能化水平不断提高。

附图说明

图1为本发明所述检测装置的总体结构示意图；

图2为所述电池仓在图1位置的仰视图；

图3为所述锁片在图2位置的俯视图；

图4为所述内套的结构示意图；

图5为所述外套的结构示意图；

图6为图1中A–A所示的剖视图；

图7为图1中B–B所示的剖视图；

图8为所述检测装置的安装方式示意图。

附图标记说明：测头1、电池仓2、面板21、充电线圈22、锁片23、圆筒231、翼片232、操作孔233、胶塞24、通槽25、扣眼26、支架27、充电电路28、端子板29、测仪库3、内套4、胀缩套41、充电板411、夹爪42、定位键421、柔性层43、刚性层44、支撑筒45、螺纹孔46、支撑面47、刷毛48、螺钉49、外套5、夹套51、竖槽52、外凸沿53、弹簧54、筒轴55、螺孔56、上段57、中段58、下段59、内框6、竖直杆601、水平杆602、盖板61、上轨轮611、中轨轮62、下轨轮63、齿轮64、滑轨65、齿条66、第一驱动件67、外壳7、下壳71、上盖72、第二驱动件73、衬垫74、底板75、钉孔76、漏孔77、控制箱8、立式加工中心9、主轴91、刀库92、换刀机械手93、检测装置94、工作台95。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细地说明。本说明书所述的方位依据操作员面向加工中心进行操作的视角表达。接近操作员的方向为前，远离操作员的方向为后；前后方向为纵向，与前后方向垂直的方向为横向；其他方向依此类推。在图1中，接近读者的方向为前，其他方向依此类推。

图1为本发明所述检测装置的总体结构示意图，图6为图1中A–A所示的剖视图；图7为图1中B–B所示的剖视图。所述测头1包含本体和接收器，其本体至少包含刀柄、外壳、电池仓2、测针、弹性元件和控制电路。所述测针在下端带有测球，通过所述测球与工件接触，进行测量。所述弹性元件至少包含弹簧。所述刀柄为圆锥形结构，在上端带有拉钉，在下端的圆锥面上带有夹持槽和定位槽，在下端与所述外壳固定连接，成为一体。所述测头1及其上述结构优选现有的接触式测头商品。所述测仪库3包含内套4、外套5、内框6、外壳7和控制箱8。

图2为所述电池仓2在图1位置的仰视图；所述电池仓2包含面板21、锁片23、胶塞24、支架27、充电电路28和端子板29，通过所述支架27安装充电电池。所述面板21为弧柱形曲板，包含上下两个水平的端面和竖立的劣弧形圆柱面，优选工程塑料注塑成形。所述面板21在所述圆柱面上带有的弹簧触点，优选现有的弹簧触点商品实现。图2的所述电池仓2的实施例，在所述面板21的圆柱面内带有充电线圈22。所述充电线圈22为平铺的螺旋线结构，在所述面板21圆柱面内的固定优选热压或粘接。所述充电线圈22优选柔性的矩形薄片封装结构，便于适应所述面板21的圆柱面形状，也便于在所述圆柱面内部的固定。所述面板21在圆柱面的中央带有通孔，所述通孔用于安装胶塞24。所述胶塞24优选现有的胶塞紧固件商品。所述面板21在上下两个水平的端面上都带有通槽25和扣眼26；所述通孔、通槽25和扣眼26都优选在所述面板21的注塑成形加工中实现。

图3为所述锁片23在图2位置的俯视图；所述锁片23为带翼的圆筒形曲板，包含圆筒231和翼片232，在所述圆筒231的底部中心带有操作孔233。所述圆筒231为带底的圆筒形结构，其口沿外翻形成圆环形的翻边。所述翼片232为沿着所述圆筒231径向的长条形直板，在其内侧端与所述锁片23的翻边固定连接。所述操作孔233为非回转结构的通孔，便于以螺丝刀插入驱动旋转。因此，所述操作孔233优选与螺丝刀配合的一字型或十字形孔。所述锁片23及其上述结构都优选不锈钢板材经过冲压加工成形。

所述支架27为工字型框架结构，包含位于前后两端的横板和纵梁，通过所述纵梁连接所述横板，优选工程塑料注塑成形。所述横板在所述纵梁的左右两边的内侧都带有弹簧触点，并通过所述弹簧触点卡接充电电池；所述充电电池优选现有的充电电池商品。前端的所述横板在前面的中央带有的纵向圆筒形凸起，和前端的所述横板在上下两边沿都带有的卡钩，都优选在所述支架27的注塑成形加工中实现。

在图2所示的实施例中，所述充电电路28位于所述纵梁的下表面。所述充电电路28与安装于所述面板21圆柱面的弹簧触点或充电线圈22电连接，也与所述充电电池电连接，检测所述充电电池的电压，并为所述充电电池自动充电；所述充电电路28至少具有整流、滤波和电源管理功能，优选现有的电子元件商品和电子技术实现；所述电源管理至少能够检测充电电池的电压、电流和剩余电量，也能够判断充电和放电结束，自动充电，优选DS2762芯片实现。所述纵梁在后部的下表面带有的端子板29，优选现有的磷青铜板材经过冲压加工成形。

图4为所述内套4的结构示意图；所述内套4为竖立的套筒结构，包含上方的胀缩套41和下方的支撑筒45，并包含内侧的柔性层43和外侧的刚性层44。所述胀缩套41在弹性内缩的夹持状态为圆筒形结构，竖向分割为至少三瓣，并在上端内沿向内突出，形成至少三个夹爪42；所述胀缩套41在自然状态时，呈现喇叭口形状，所述夹爪42外胀。所述夹爪42位于所述胀缩套41上端的内沿，向内突出；所述夹爪42带有定位键421。所述支撑筒45为竖立的阶梯圆筒形结构，在上端与所述胀缩套41的下端弹性连接；所述支撑筒45在中部直径缩小，形成水平的圆环形支撑面47，通过所述支撑面47抵接所述测头1的外壳。所述柔性层43位于所述刚性层44的内侧，具有弹性，优选合成橡胶经过模压和硫化加工成形。所述刚性层44具有刚性，优选工程塑料注塑成形，也可采用金属板材经过冲压成形。所述刚性层44与所述柔性层43的固定连接，优选粘接。

所述胀缩套41带有的充电板411与所述控制箱8的电连接，优选柔性螺旋弹簧电线实现，以适应所述内套4的旋转。所述充电板411在所述胀缩套41下部内侧面的固定安装，优选在所述柔性层43上开通孔，并固定于所述刚性层44，避免与存放的所述测头1发生干涉。当所述电池仓2的面板21带有充电线圈22时，采用无线充电方式，则所述充电板411的线圈，优选与所述充电线圈22相同的材料与封装方式实现。当所述电池仓2的面板21带有弹簧触点时，采用接触充电方式，则所述充电板411带有的端子板，优选现有的磷青铜板材经过冲压加工成形，也可选用现有端子板的其他材料与加工工艺实现。

所述支撑筒45带有径向螺纹孔46，并利用所述螺纹孔46拧入螺钉49；所述螺纹孔46优选现有的钻孔和攻丝等机械加工工艺实现，所述螺钉49优选现有的六角头螺栓产品实现。所述支撑面47优选在所述柔性层43和刚性层44的成形加工中获得。所述支撑筒45在下部的内壁上带有的刷毛48，优选现有的毛刷条热压于所述柔性层43实现，所述毛刷条的刷毛优选塑料丝，也可选用动物鬃毛或植物棕毛。

图5为所述外套5的结构示意图；所述外套5为竖立的阶梯圆筒形结构，包含夹套51、弹簧54和筒轴55。所述夹套51为竖立的圆筒，优选工程塑料注塑成形，也可选用金属管材经过锻造和切削加工成形。所述夹套51在中部带有的竖向长条形竖槽52和在下端带有的径向通孔，都优选切削加工成形。所述夹套51在上端带有的圆环形外凸沿53和在下端带有的下边沿，都优选磨削加工，以提高表面质量和精度。所述弹簧54为竖立的圆筒形压缩弹簧，优选现有的橡胶复合弹簧产品实现。

所述筒轴55为竖立的阶梯圆筒形结构，包含直径依次减小的上段57、中段58和下段59，中空，优选现有的金属管材经过锻造和切削加工成形。所述上段57在上端形成翻边，在所述翻边的外侧沿带有径向的螺孔56；所述下段59在下端的外侧面带有径向的螺孔；所述螺孔优选现有的钻孔和攻丝等机械加工工艺实现。

所述内框6为框架形结构，包含竖直杆601和水平杆602，并带有盖板61、中轨轮62、下轨轮63、齿轮64、滑轨65、齿条66和第一驱动件67。所述水平杆602包含横向杆和纵向杆；所述横向杆、纵向杆和竖直杆601都在端面带有轴向的螺孔，在侧面带有与轴向垂直的通孔。所述横向杆、纵向杆和竖直杆601及其螺孔、通孔都优选金属方管型材、管件经过机械加工实现。所述横向杆、纵向杆和竖直杆601的固定连接，优选公知的紧固件实现，也可采用焊接实现。所述紧固件至少包含螺栓和铆钉。

所述盖板61为水平板，位于所述内框6的上表面，优选金属板材经过冲压加工实现。所述盖板61带有的圆形通孔，优选在所述冲压加工中实现。所述盖板61在与所述竖直杆601固定连接的位置优选带有螺钉孔，利用所述螺钉孔穿过螺钉，与所述竖直杆601固定连接。所述盖板61在所述通孔的边沿带有沿圆周均匀分布的上轨轮611；所述上轨轮611包含槽轮、轮轴和轮架，优选现有的滑轮或轨道轮产品实现。所述轮架在外侧带有竖向的钉孔，利用所述钉孔穿过紧固件与所述盖板61固定连接。因此，所述盖板61在与所述轮架的钉孔相对的位置，需要加工钉孔；所述盖板61的钉孔优选沿着所述通孔径向的长条形，以便于调整所述上轨轮611的位置。

所述中轨轮62朝向上方，与所述上轨轮611的结构相同，优选与所述上轨轮611相同的滑轮或轨道轮产品实现。所述中轨轮62的轮架在所述水平杆602上侧的固定安装优选公知的紧固件实现。所述紧固件至少包括骑马螺栓或U型卡。所述下轨轮63包含鼓形轮、轮轴和轮架，优选公知的鼓形滑轮或轨道轮产品实现。所述下轨轮63的轮架在所述水平杆602下侧的固定安装优选公知的紧固件实现。

所述齿轮64为圆盘形结构，在中心带有轴孔，在外圆周面上带有轮齿；所述齿轮64在轴孔的边沿向下延伸，形成圆筒形的轮毂；所述齿轮64、轮齿及其轮毂优选现有的金属材料经过锻造成形。所述齿轮64的轮毂带有的径向钉孔，优选钻孔工艺加工成形。

所述滑轨65为纵向的直条形结构，在右侧面带有纵向的直槽，优选现有的滑轨产品实现。所述滑轨65在下侧面带有支架；所述滑轨65的支架包含纵向竖立的立板、横向竖立的加强筋和水平的基板，优选现有的金属板材经过焊接和切削加工成形。所述齿条66为纵向的直条形结构，在右侧面带有竖齿，在左侧面带有凸榫，优选现有的齿条产品实现。所述齿条66在后端带有的竖向通孔，优选钻孔工艺加工成形。所述第一驱动件67为纵向的直条形结构，包含外筒和驱动杆；所述外筒与外壳7的固定连接，优选通过支架和紧固件实现。所述驱动杆在前端带有的竖向通孔，优选钻孔工艺加工实现。

所述外壳7为长方体状容器，包含下壳71、上盖72和底板75，并通过所述底板75固定安装于加工中心，在内部安装有第二驱动件73。所述下壳71为竖立的矩形方筒，在上下两端开放；所述下壳71在上边沿内收，优选不锈钢板材经过冲压加工成形。所述下壳71在所述左侧面和右侧面都带有的横向螺钉孔，优选钻孔工艺加工成形。所述下壳71在左侧面上边沿带有的铰链，优选公知的铰链产品及其安装工艺实现。所述上盖72为下扣的矩形方盖；所述上盖72向上凹陷，呈现下扣的矩形方盖，并带有横向的加强筋；所述加强筋位于所述上盖72的向上凹陷部位，并向内凸出，呈现向内的凸筋；所述上盖72在下边沿外展。所述上盖72及其上述结构特征都优选不锈钢板材经过冲压加工成形。

所述上盖72在中部的内侧面带有弹性的衬垫74；所述衬垫74为水平的矩形垫，具有弹性，优选合成橡胶经过模压和硫化加工成形。所述衬垫74与所述上盖72内侧面的固定连接，优选粘接，也可采用紧固件实现。所述第二驱动件73为竖向的直条形结构，包含外筒和驱动杆；与所述第一驱动件67都优选现有的直线电机商品实现。所述第二驱动件73的外筒与内框6的铰接，和所述驱动杆与上盖72内侧面的铰接，都优选公知的铰链及其安装工艺实现。为了调整所述上盖72的开启位置，优选在所述上盖72的内侧面安装支架，并通过所述支架与所述驱动杆铰接。所述支架优选通过紧固件安装于所述上盖72的内侧面，以便于维修和调整。

所述底板75为矩形的平板，带有上下贯通的钉孔76和漏孔77，在左侧和右侧的边沿都形成翻边，优选金属板材经过冲压加工实现。所述翻边带有的横向螺孔优选现有的钻孔和攻丝等机械加工工艺实现。

图8为所述检测装置的安装方式示意图，表明所述检测装置在加工中心的安装优选安装于加工中心9的工作台95。如图8所示，本发明的所述检测装置94安装于立式加工中心9的工作台95，能够随着所述工作台95产生纵向和横向的位移，使得所述检测装置94与立式加工中心9的主轴91在水平方向对齐，能够利用所述主轴91存放和提取所述测头1。图8所示的立式加工中心9包含主轴91、刀库92、换刀机械手93、所述检测装置94和工作台95；因为所述检测装置94能够随着所述工作台95产生纵向和横向的位移，不会影响立式加工中心9的加工作业，也不会与刀库92、换刀机械手93发生干涉，因此作为优选实施例。所述测仪库3在加工中心9的工作台95的安装，优选公知的T形螺栓，穿过所述底板75的钉孔76，将所述底板75与工作台95紧固连接。所述检测装置94安装于加工中心9的立柱，需要设计专用支架，能够水平移动和旋转；本领域技术人员能够依据本领域的现有知识和常规技术手段实现，限于篇幅，不再详细说明。

所述控制箱8为竖立的纵向长方体形箱体，在内部带有电路板，在所述内框6的固定安装，优选公知的紧固件实现。所述电路板至少带有电源模块、驱动模块和控制模块；所述电源模块分别与驱动模块、控制模块及加工中心的数控系统电连接，使得所述驱动模块、控制模块获得需要的电压和功率；所述驱动模块分别与第一驱动件67、第二驱动件73电连接，驱动并控制第一驱动件67、第二驱动件73进行外伸、内缩和锁定；所述控制模块与加工中心的数控系统通信，也与电源模块、驱动模块通信；所述电路板及其电源模块、驱动模块和控制模块，都优选现有的电子元件、电子技术，采用公知的电路板设计和加工技术实现。所述第一驱动件67、第二驱动件73的外伸、内缩和锁定状态判断，与所述电池仓2的方位判断，都优选公知的传感器及其常规技术手段实现。

所述的在线检测方法在所述控制箱8的控制模块中安装主控程序，在所述主控程序中设置变量n，初始值为0；所述主控程序采用现有的编程软件和编程技术实现；所述变量n优选全局变量；所述控制模块上电初始化后，即获得初始值0；溢出后，返回初始值0。所述的在线检测方法在第一步，如图8所示，若所述检测装置94安装于立式加工中心9的工作台95，则控制所述工作台95在水平面内移动，同时第二驱动件73外伸，驱动所述上盖72开启，使得所述测仪库3与立式加工中心9的主轴91正对。所述的在线检测方法在第三步，测量完毕后，主轴91上行，优选到达换刀位置；所述主轴91上行的位置需要避免所述测仪库3的上盖72发生干涉，因此，也可依据所述测头1的长度确定，需要考虑测针的不同长度和测球的不同直径。

所述的精度检测方法对安装于加工中心的同一零件的同一点，利用所述在线检测方法连续两次进行测量，在其中的一次测量中使得所述测头1旋转180º。因此，能够利用所述在线检测方法的变量n，优化所述在线检测方法的流程，也可采用辅助机器人旋转所述测头1。

上述实施仅仅是本发明的优选实施方式，不构成对本发明的限制。在满足本发明的结构和性能要求条件下，改变材料和制造工艺，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加工中心的在线检测装置，包含测头（1），所述测头（1）包含本体，所述本体至少包含刀柄、外壳一、电池仓（2）和测针，所述刀柄带有夹持槽和定位槽，其特征在于：还包含安装于加工中心的测仪库（3）；

所述测头（1）存放于所述测仪库（3），能够缓冲，避免切屑和切削液的污染，提高使用寿命；

所述测仪库（3）包含内套（4）、外套（5）、内框（6）和外壳（7），通过所述内套（4）容纳所述测头（1），使得所述测头（1）存放于所述测仪库（3）；

所述内套（4）为套筒结构，能够弹性内缩，夹持并存放所述测头（1）；也能够弹性外胀，释放并提取所述测头（1）；

所述内套（4）包含上方的胀缩套（41）和下方的支撑筒（45）；

所述胀缩套（41）在夹持状态为圆筒形结构，竖向分割为至少三瓣，并在上端形成至少三个夹爪（42），通过所述夹爪（42）卡入所述测头（1）在刀柄上的夹持槽，以夹持并存放所述测头（1）；

所述胀缩套（41）在自然状态时，呈现喇叭口形状，所述夹爪（42）外胀，便于释放并提取所述测头（1）；

所述夹爪（42）带有定位键（421），通过所述定位键（421）卡入所述测头（1）刀柄的定位槽，进行定位；

所述支撑筒（45）为竖立的阶梯圆筒形结构，在上端与所述胀缩套（41）的下端弹性连接，成为一体；

所述支撑筒（45）在外侧面上带有径向的螺纹孔（46），并利用所述螺纹孔（46）拧入螺钉（49）；

所述外套（5）为竖立的阶梯圆筒形结构，包含夹套（51）、弹簧（54）和筒轴（55）；

所述外套（5）容纳所述内套（4），安装于所述内框（6），能够相对所述内框（6）旋转；

所述夹套（51）为竖立的圆筒，挤压所述内套（4）的胀缩套（41），使得所述胀缩套（41）弹性收缩，以存放所述测头（1）；

所述夹套（51）带有竖槽（52），通过所述竖槽（52）穿过所述螺钉（49），以限定在竖向的相对移动范围，并避免相对旋转，使得所述外套（5）能够驱动内套（4）旋转；

所述弹簧（54）为竖立的圆筒形压缩弹簧，能够弹性伸缩，在下端与所述筒轴（55）抵接，在上端与所述螺钉（49）抵接；

使得所述内套（4）在空置状态时，位于上极限位置，所述夹爪（42）自然外胀，所述弹簧（54）自然伸长；

也使得所述内套（4）在存放所述测头（1）时，位于下极限位置，所述夹爪（42）在外侧受到所述夹套（51）的卡夹，弹性内缩，夹持所述测头（1）的刀柄，所述弹簧（54）被弹性压缩；

所述筒轴（55）为竖立的阶梯圆筒形结构，包含直径依次减小的上段（57）、中段（58）和下段（59），中空，以便于排出所述测头（1）表面的切屑和切削液；

所述上段（57）位于所述筒轴（55）的上部，在上端形成翻边，与所述夹套（51）的下端紧固连接；

所述中段（58）在上端连接所述上段（57），在下端连接所述下段（59），容纳所述测头（1）的测针；

所述内框（6）为框架形结构，带有第一驱动件（67），通过所述第一驱动件（67）驱动所述外套（5）旋转，以驱动所述测头（1）旋转；

所述内框（6）带有盖板（61）、中轨轮（62）、下轨轮（63）、齿轮（64）、滑轨（65）和齿条（66），位于所述外壳（7）的内部，以固定所述外套（5）和外壳（7）；

所述盖板（61）为水平板，位于所述内框（6）的上表面；

所述盖板（61）带有圆形的通孔，利用所述通孔穿过所述外套（5），以容纳并支撑所述外套（5）；

所述盖板（61）带有上轨轮（611），通过所述上轨轮（611）卡固所述外套（5），使得所述外套（5）安装于所述内框（6），并能够相对旋转，为所述外套（5）的上部提供水平方向的支撑；

所述中轨轮（62）朝向上方，抵接所述夹套（51）的下边沿，为所述外套（5）提供向上的支撑，并能够相对旋转；

所述下轨轮（63）位于所述中轨轮（62）的下方，卡固所述筒轴（55）的中段（58），使得所述外套（5）安装于所述内框（6），并能够相对旋转，为所述外套（5）的下部提供水平方向的支撑；

所述齿轮（64）为圆盘形结构，带有轴孔和轮齿，通过所述轴孔穿过所述筒轴（55）的下段（59），获得固定和支撑，通过所述轮齿与齿条（66）配合，获得旋转驱动力，能够驱动所述外套（5）旋转；

所述滑轨（65）为直条形结构，带有纵向的直槽，通过所述直槽与齿条（66）配合，确保所述齿条（66）与齿轮（64）的配合；

所述齿条（66）为直条形结构，带有竖齿，通过所述竖齿与齿轮（64）的轮齿啮合，使得所述齿条（66）能够驱动所述齿轮（64）旋转；

所述齿条（66）与第一驱动件（67）固定连接，获得驱动力，产生前后往复的直线运动；

所述外壳（7）为长方体状容器，包含下壳（71）、上盖（72）和底板（75），固定安装于加工中心，在内部安装有第二驱动件（73），通过所述第二驱动件（73）驱动所述上盖（72）开启和关闭，在内部固定并容纳所述内套（4）、外套（5）和内框（6），能够避免切屑和切削液的入侵和污染；

所述外壳（7）通过所述底板（75）固定安装于加工中心，具有保护作用；

所述下壳（71）为竖立的矩形方筒，包含左侧面和右侧面，在所述左侧面和右侧面都与内框（6）和底板（75）固定连接；

所述下壳（71）在左侧面的上边沿带有铰链，通过所述铰链与上盖（72）铰接，使得所述上盖（72）能够相对旋转，以开启和关闭；

所述第二驱动件（73）为竖向的直条形结构，与内框（6）铰接，并与上盖（72）铰接，驱动所述上盖（72）左旋并开启，以存取所述测头（1）；也能够驱动所述上盖（72）右旋并关闭，以保护所述测头（1）；

所述底板（75）为矩形的平板，带有上下贯通的钉孔（76），与所述下壳（71）固定连接，成为一体；

所述钉孔（76）为圆形通孔，能够穿过紧固件，用于将所述底板（75）与内框（6）固定连接，也用于将所述测仪库（3）安装于加工中心。

2.按照权利要求1所述的一种加工中心的在线检测装置，其特征在于：所述电池仓（2）至少包含盖板（21），安装充电电池，为所述测头（1）供电；

所述盖板（21）为弧柱形曲板，带有弹簧触点，或者带有充电线圈（22），为所述充电电池自动充电，免维护。

3.按照权利要求1所述的一种加工中心的在线检测装置，其特征在于：所述支撑筒（45）在中部直径缩小，形成水平的圆环形支撑面（47），通过所述支撑面（47）抵接所述测头（1）的外壳一，便于存放所述测头（1），具有支撑作用。

4.按照权利要求1所述的一种加工中心的在线检测装置，其特征在于：所述支撑筒（45）在下部的内壁上带有朝内的刷毛（48），

通过所述刷毛（48）弹性抵接所述测头（1）的测针，

能够缓冲，以保护所述测头（1）。

5.按照权利要求1所述的一种加工中心的在线检测装置，其特征在于：所述内套（4）包含内侧的柔性层（43）和外侧的刚性层（44）；

所述柔性层（43）位于所述刚性层（44）的内侧，具有弹性，与所述测头（1）接触，能够缓冲，以保护所述测头（1）；

所述刚性层（44）与所述柔性层（43）固定连接，具有刚性，为所述柔性层（43）提供固定和支撑。

6.按照权利要求1所述的一种加工中心的在线检测装置，其特征在于：所述下壳（71）在上边沿内收，便于与所述上盖（72）封闭，避免切屑和切削液的入侵和污染；

所述上盖（72）在内侧面带有衬垫（74），并通过所述衬垫（74）抵接所述测头（1）的刀柄，以吸收振动能量，进行缓冲，提高使用寿命；

所述底板（75）带有漏孔（77）；

所述漏孔（77）面积大于所述钉孔（76），用于排出内部的切屑和切削液。

7.一种加工中心的在线检测方法，采用权利要求1所述的检测装置，其特征在于：改变所述测头（1）的工作状态，确保在线检测的精度，提高所述测头（1）的使用寿命；

设置变量n；n表示测头（1）在所述测仪库（3）内的存放次数；并主要包含以下步骤：

第一步，将安装于主轴的刀具放入刀库；

第二驱动件（73）外伸，驱动所述上盖（72）开启；

所述测仪库（3）移动到与主轴正对的位置；

第二步，主轴下行，使得存放于的所述测仪库（3）的测头（1）的刀柄进入主轴；主轴夹紧，使得所述测头（1）安装于主轴；

主轴上行；带动所述内套（4）向上移动，释放所述测头（1）；

所述内套（4）处于自然状态，并位于上极限位置；

工作台移动，第二驱动件（73）内缩，驱动所述上盖（72）关闭；

所述测头（1）进行测量；

第三步，检测完毕后，主轴上行；

工作台移动，第二驱动件（73）外伸，驱动所述上盖（72）开启；

所述测仪库（3）移动到与主轴正对的位置；

主轴下行，使得安装于主轴的测头（1）的外壳一，进入所述测仪库（3）的内套（4）；导致所述内套（4）向下移动；

主轴松开，然后上行；所述内套（4）处于夹持状态，并位于下极限位置；

工作台移动，第二驱动件（73）内缩，驱动所述上盖（72）关闭；能够吸收振动能量，进行缓冲，保护所述测头（1），提高使用寿命；

第四步，令n=n+1；若n为偶数，则结束；

所述第一驱动件（67）驱动所述测头（1）旋转180º；

结束。

8.一种精度检测方法，用于权利要求1所述检测装置的在线精度检验，其特征在于：利用权利要求7所述的在线检测方法，对安装于加工中心的同一零件的同一点，连续两次进行测量，在其中的一次测量中使得测头（1）旋转180º；

两次测量结果之差的绝对值能够，消除所述测头（1）的预行程误差，消除系统误差的影响，反映所述测头（1）的精度降低程度是否处于可控范围；

其主要包含以下步骤：

第一步，利用所述的在线检测方法，检测安装于加工中心的机械零件的一个点，获得的坐标值为（x ₁, y ₁, z ₁），其中，x ₁为横坐标，y ₁为纵坐标，z ₁为竖坐标；

第二步，利用所述的在线检测方法，检测所述机械零件的同一个点，获得的坐标值为（x ₂, y ₂, z ₂），其中，x ₂为横坐标，y ₂为纵坐标，z ₂为竖坐标；

第三步，计算t _m = max{|x ₁–x ₂ |, |y ₁–y ₂ |, |z ₁–z ₂ |}；其中，t _m为最大测量误差值；

若t _m≦T _m，则合格；否则不合格；其中，T _m为设定的精度数值。