CN118268930A - 一种接触式测头应用的自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触式测头应用的自检方法，包括：测头在标定过程中的校验方法、测头同心度的校验方法、测头各向同性精度的校验方法、测头重复性精度的校验方法、测球轮廓的校验方法五个方面，该方法较快、较准确的了解待使用测头的自身性能和基本保障条件是否满足要求，提高了测头使用时的效率。配合在机测量技术，使用程序集成的方法，配置参数后，一键启动，开始标准化检测过程，并打印检测数据，根据检测结果快速确定测头、测针、标准球当下检测状态，避免测头、测针、标准球带来的不确定因素，指导工艺人员更好的使用测头。

Description

一种接触式测头应用的自检方法

技术领域

本发明属于数控机床在机测量检测领域；涉及一种接触式测头应用的自检方法。

背景技术

测头在长时间使用过程中，测头检测状态、测头附件情况（密封圈、锥形环、沉头螺钉）、其他附件（标准球、测针、刀柄等）会存在一定的不确定性：测针的测球部位是否有破损、测头自身重复性好不好、标准球是否有变形等，可能会导致测量精度不稳定或不准确，而这些因素往往是平时较容易忽略的细节，检测数据出现问题后，很难将其原因快速定位在已存在风险的测头性能或附件的变形上，降低了在机检测的效率。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提出一种接触式测头应用的自检方法，能够准确的了解测头当下检测状态，并根据检测报告，指导下一步具体的检测工艺：显示正常，继续使用；显示异常，根据异常处理提示，进行原因排查，解决当下异常后继续使用。该方法可以快速、准确的了解待使用测头自身性能和基本保障条件是否满足要求，提高了测头使用时的可靠性。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明技术方案实现方式包括以下步骤：

步骤1，测头对标定量准确性的校验；

步骤2，测头同心度的校验；

步骤3，测头各向同性精度的校验；

步骤4，测针轮廓的校验；

步骤5，测头重复性精度的校验。

所述步骤1校验内容包括：

（1）±X、±Y方向标定量对称性校验

标定过程中，理论上±X、±Y方向的标定量是对称的。若不对称，则标准球、测针清洁不到位等因素影响，导致标定前更新的的中心不准确，未在标准球最大位置处标定。

（2）X、Y方向标定尺寸差值校验

X、Y方向标定尺寸差值即X、Y方向存在越程量的标准球直径，理论上两标定尺寸应该是一致的。若“差值”偏大，可能在标定位置存在异物或测头、标准球安装不紧固等异常因素。

（3）Z向标定值范围校验

Z向标定量是手动移动Z轴去负向碰触标准球顶点，记录此时测针顶点的Z向坐标值Z1，和自动碰触时记录的Z向坐标值Z2，计算结算△Z=Z1-Z2。结果显示应为正值，且在一定范围内波动。

（4）标定量准确性校验

测量标准球赤道，可直接确定标定结果的准确性。若误差较大，可直接认为标定数据异常。

（5）标准球轮廓校验

检测标准球截面圆，确定圆度，作为判断标准球轮廓的指标。

所述±X、±Y方向标定量对称性校验、 X、Y方向标定尺寸差值校验和Z向标定值范围校验是测头校验的前提，在该条件满足相应指标的情况下继续校验其他参数。

进一步的，需保证所述±X、±Y方向标定量对称性校验、 X、Y方向标定尺寸差值校验两项校验指标的的准确性，通过所述的标准球尺寸校验实现。

更进一步的，所述的标准球轮廓校验保证使用标准件的可靠性和完整性。

所述步骤2校验方法包括：

（1）各向同性测头偏心量检测

存在各向同性特性的测头，完成安装后，将主轴定向两个角度分别非定向检测标准球，计算两次测量中心点，与定向初始角度时的中心差值，获得偏心矢量，与校表测针偏心量一致。

（2）各向异性测头偏心量检测

存在各向异性特性的测头，完成安装后，将主轴定向三个角度分别非定向检测标准球，计算三次测量中心点，与定向初始角度时的中心差值，获得偏心矢量，与校表测针偏心量一致。

存在偏心测量点位置发生变化，则会引入一定的误差，所述步骤1合格后，同时校验所述步骤2，可以快速确定当下测头偏心情况，超过标准则需重新校表至规定范围内。

所述步骤3校验方法，包括：

主轴定向相同的角度，-X向检测标准球同一点，并将测量点数据转换到标准球圆周上，将转换后的测量点拟合圆，测头偏心误差会转换为标准球中心偏差，而测头各向异性误差会转换为标准球圆度误差，因此使用转换后的标准球圆度误差值作为测头各向同性精度校验指标。

所述步骤4校验方法，包括：

测针最大半径处定位到标准球最大半径处，测头间隔一定角度，测量标准球同一点，计算所有点最大突跳值，作为确定测球表面是否存在磨损、破损或粘附碎屑的判定指标。

所述步骤5校验方法，包括：

测头不同角度下的重复测量精度存在差异，将测球圆周方向等分多个角度，同时一个角度多次测量的方式，计算其2σ值，作为每个角度的重复测量误差，再取所有角度中最大2σ值，作为该测头的重复测量精度。

进一步的，确定所述步骤3是否超出判定指标，不同的测头型号要求不统一。

进一步的，所述步骤4需确定测球检测位置，是否存在异物、破损、变形等。

更进一步的，所述步骤5是测头的一项重要参数，表征测头本身的检测精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

针对所述各校验内容，配合在机测量技术，使用程序集成的方法，配置参数后，一键启动，开始标准化检测过程，并打印检测数据，根据检测结果快速确定测头、测针、标准球当下检测状态，避免测头、测针、标准球带来的不确定因素，指导工艺人员更好的使用测头。

附图说明

图1为本发明测头自检方法检测流程示意图；

图2为本发明一键启动检测流程示意图；

图3为本发明校验过程示意图；

图4为本发明所述校验结果示意图。

其中：1、测头刀柄，2、测头，3、测针，4、标准球，5、磁性底座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合所述附图，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

一种接触式测头应用的自检方法具体应用步骤，如下图1所示，主要包括：

步骤1：测前准备。

1）使用带有酒精的抹布擦拭、清洁工作台面、标准球底座，结束后固定标准球，同时需保证标准球安装牢固。

2）校正测针同心度在0.002mm以内。

使用千分表，校正测针同心度应在0.002mm以内，同时需注意，测头高度尽量和实际测量高度接近。

3）清洁测球、标准球、测头窗口等，避免异物对测量精度的影响。

4）确定检测坐标系：在标准球顶部中心位置。

步骤2：一键启动。

一键启动之前需先根据当下检测工况进行参数配置，主要包括：测头型号、测头刀号、检测坐标系、标准球半径、测球半径等，配置结束后，开始测头自检，自检流程如下图2所示。

自检过程如下图3所示。自检内容包括：

① 标定过程、标准球轮廓校验；

② 测头同心度的校验；

③ 测头各向同性精度校验；

④ 测针轮廓校验；

⑤ 测头重复性精度的校验。

通过一系列的检测过程，最终确定测头当下检测状态，保证测头属性和检测条件可靠。

所述自检内容自检方法如下：

① 测头对标定量准确性校验：标准球分中更新原点后，定向检测标准球赤道位置±X、±Y四个位置，获取标定量。同时确定标定量值的准确性，测头定向检测标准球赤道点，间隔一定角度检测一次，计算标准球实测尺寸，确定与理论尺寸的差值。

标准球轮廓校验：与所述确定标定量值准确性一致的检测方式，拟合计算圆度，作为标准球轮廓校验指标。

② 测头同心度的校验：存在各向同性特性的测头，完成安装后，将主轴定向两个角度分别非定向检测标准球；存在各向异性特性的测头，完成安装后，将主轴定向三个角度分别非定向检测标准球，计算各自测量中心点，与定向初始角度时的中心差值，获得偏心矢量，与校表测针偏心量一致。

③ 测头各向同性精度校验：间隔一定角度，定向检测标准球，重复测量标准球同一点，获取每个点的检测数据后，将其转换至标准球圆周上，拟合圆度误差。

④ 测球轮廓校验：检测方式与所述序号③一致，计算每一点测量数据和相邻两测量点平均值的差值，判断测球轮廓度，主要确定测针检测位置是否存在异物或破损。

⑤ 测头重复性精度校验：测头不同角度下的重复测量精度存在差异，将测球圆周方向等分多个角度，同时一个角度多次测量的方式，计算其2σ值，作为每个角度的重复测量误差，再取所有角度中最大2σ值，并根据3σ原则剔除粗差点，得到较为准确的测头重复性精度。

步骤3：状态查看。

检测结束后，打印对应的检测结果，测头当下检测状态结果如下图4所示，正常与异常结果的判断，均是经过大量的试验数据得出相应的指标进行判断的，评判标准如下表所示。

Claims (6)

1.一种接触式测头应用的自检方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，测头对标定量准确性的校验；

步骤2，测头同心度的校验；

步骤3，测头各向同性精度的校验；

步骤4，测针轮廓的校验；

步骤5，测头重复性精度的校验。

2.根据权利要求1所述的接触式测头应用的自检方法，其特征在于：所述步骤1如下：

（1）±X、±Y方向标定量对称性校验；

标定过程中，理论上±X、±Y方向的标定量是对称的；若不对称，则标准球、测针清洁不到位因素影响，导致标定前更新的中心不准确，未在标准球最大位置处标定；

（2）X、Y方向标定尺寸差值校验；

X、Y方向标定尺寸差值即X、Y方向存在越程量的标准球直径，理论上两标定尺寸应该是一致的；若“差值”偏大，在标定位置存在异物或测头、标准球安装不紧固异常因素；

（3）Z向标定值范围校验；

Z向标定量是手动移动Z轴去负向碰触标准球顶点，记录此时测针顶点的Z向坐标值Z1，和自动碰触时记录的Z向坐标值Z2，计算结算△Z=Z1-Z2；结果显示应为正值，且在一定范围内波动；

（4）标定量准确性校验；

测量标准球赤道，可直接确定标定结果的准确性；若误差较大，可直接认为标定数据异常；

标准球轮廓校验；

检测标准球截面圆，确定圆度，作为判断标准球轮廓的指标。

3.根据权利要求1所述的接触式测头应用的自检方法，其特征在于：所述步骤2如下：

（1）各向同性测头偏心量检测；

存在各向同性特性的测头，完成安装后，将主轴定向两个角度分别非定向检测标准球，计算两次测量中心点，与定向初始角度时的中心差值，获得偏心矢量，与校表测针偏心量一致；

（2）各向异性测头偏心量检测；

存在各向异性特性的测头，完成安装后，将主轴定向三个角度分别非定向检测标准球，计算三次测量中心点，与定向初始角度时的中心差值，获得偏心矢量，与校表测针偏心量一致。

4.根据权利要求1所述的接触式测头应用的自检方法，其特征在于：所述步骤3如下：

主轴定向相同的角度，-X向检测标准球同一点，并将测量点数据转换到标准球圆周上，将转换后的测量点拟合圆，测头偏心误差会转换为标准球中心偏差，而测头各向异性误差会转换为标准球圆度误差，因此使用转换后的标准球圆度误差值作为测头各向同性精度校验指标。

5.根据权利要求1所述的接触式测头应用的自检方法，其特征在于：所述步骤4如下：

测针最大半径处定位至标准球最大半径处，测头间隔一定角度，测量标准球同一点，计算所有点最大突跳值，作为确定测球表面是否存在磨损、破损或粘附碎屑的判定指标。

6.根据权利要求1所述的接触式测头应用的自检方法，其特征在于：所述步骤5如下：

测头不同角度下的重复测量精度存在差异，将测球圆周方向等分多个角度，同时一个角度多次测量的方式，计算其2σ值，作为每个角度的重复测量误差，再取所有角度中最大2σ值，作为该测头的重复测量精度。