一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置和方法，通過控制兩個(gè)或多個(gè)平行運(yùn)動(dòng)軸組合互補(bǔ)運(yùn)動(dòng)后，利用CCD檢測(cè)標(biāo)定板上觀測(cè)點(diǎn)P的偏移量來(lái)實(shí)現(xiàn)多運(yùn)動(dòng)軸平行度檢測(cè)。將CCD測(cè)量裝置固定在待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸上，控制待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)至上限位。主運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸向下運(yùn)動(dòng)使P清晰呈現(xiàn)在測(cè)量顯示系統(tǒng)上。水平移動(dòng)標(biāo)定板使P與測(cè)量顯示系統(tǒng)上的中心基準(zhǔn)點(diǎn)O重合。主運(yùn)動(dòng)軸向上移動(dòng)距離H，待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸向下移動(dòng)距離H，此時(shí)標(biāo)定板上的P顯示于測(cè)量顯示系統(tǒng)上點(diǎn)O’。通過計(jì)算O’和O之間的像素位置偏移并通過CCD的分辨率計(jì)算兩運(yùn)動(dòng)軸間平行度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了快捷方便的非接觸式運(yùn)動(dòng)軸二維平行度測(cè)量，提高了測(cè)量和調(diào)整多運(yùn)動(dòng)軸平行度的效率。
【專利說明】一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)床檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在先進(jìn)制造領(lǐng)域，人們?cè)絹?lái)越多地通過在主運(yùn)動(dòng)軸上并接其他運(yùn)動(dòng)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)更為柔性的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，完成更復(fù)雜加工任務(wù)。如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN201881047U “一種多軸數(shù)控激光加工裝置”，通過將激光加工頭并接到數(shù)控機(jī)床的末端，從而完成對(duì)更大尺寸零件的加工。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102151984A“一種適用于復(fù)雜曲面的激光加工方法及裝置”，通過將具備兩軸激光振鏡和Z軸移動(dòng)的激光加工頭并接到五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，完成對(duì)自由曲面的表面激光加工。
[0003]由于設(shè)計(jì)制造和安裝等因素的影響，多軸數(shù)控機(jī)床各平行運(yùn)動(dòng)軸之間的平行度存在的偏差會(huì)顯著影響到系統(tǒng)最終加工精度。因此，檢測(cè)和調(diào)節(jié)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸的平行度是一項(xiàng)重要的任務(wù)。
[0004]目前的主要檢測(cè)方式為采用千分表來(lái)檢測(cè)各軸之間的平行度。千分表接觸各運(yùn)動(dòng)軸側(cè)面相對(duì)移動(dòng)，利用表針的讀數(shù)變化和運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)的距離求得平行度。
[0005]但在具體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點(diǎn)和不足:
[0006]1、使用千分表接觸的運(yùn)動(dòng)軸側(cè)面與軸運(yùn)動(dòng)方向平行度要求高，而運(yùn)動(dòng)軸側(cè)面與運(yùn)動(dòng)方向受加工精度和裝配的影響，因此存在較多的誤差影響因素；
[0007]2、需對(duì)X和Y方向的偏移分別進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量步驟較為繁瑣；
[0008]3、測(cè)量結(jié)果不夠直觀，不易于數(shù)字化處理，常常需要后期人為計(jì)算處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置和方法，目的在于使操作簡(jiǎn)便直觀，測(cè)量精度高，實(shí)現(xiàn)XY方向偏移同時(shí)測(cè)量，并有利于對(duì)多個(gè)平行運(yùn)動(dòng)軸平行度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)整。
[0010]本發(fā)明提供的一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括CCD測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量顯示系統(tǒng)和標(biāo)定板；CCD測(cè)量系統(tǒng)和標(biāo)定板使用時(shí)分別安裝于待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸或基座上，CCD測(cè)量系統(tǒng)用于獲取標(biāo)定板的檢測(cè)圖像；測(cè)量顯示系統(tǒng)與CCD測(cè)量系統(tǒng)電信號(hào)連接，用于接收標(biāo)定板的檢測(cè)圖像，并用于對(duì)采集到的圖像信息處理及平行度計(jì)算。
[0011]所述CXD測(cè)量系統(tǒng)由CXD傳感器和工業(yè)顯微鏡頭連接構(gòu)成。
[0012]本發(fā)明提供的一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)方法，其特征在于，該方法按照下述步驟對(duì)每個(gè)待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行檢測(cè):
[0013]第I步控制待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸獨(dú)立向上移動(dòng)到上限位，然后待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸再隨其主運(yùn)動(dòng)軸一起向下移動(dòng)，使標(biāo)定板的觀測(cè)點(diǎn)P落在CCD測(cè)量系統(tǒng)的焦平面上；
[0014]第2步移動(dòng)標(biāo)定板使其觀測(cè)點(diǎn)P的第一成像點(diǎn)與測(cè)量顯示系統(tǒng)的觀測(cè)中心O重合；
[0015]第3步所述主運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸一起向上移動(dòng)距離H，然后待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸再獨(dú)立向下移動(dòng)距離H，此時(shí)標(biāo)定板的觀測(cè)點(diǎn)P落在測(cè)量顯示系統(tǒng)上第二成像點(diǎn)0’，其中，H為待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸的上限位與下限位之間的距離；
[0016]第4步如果成像點(diǎn)O’和O重合，則說明待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸與其主運(yùn)動(dòng)軸平行，否則通過成像點(diǎn)O’和O之間的像素偏移量及CXD分辨率計(jì)算O’和O之間幾何位置偏移，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)量H來(lái)計(jì)算兩軸間的平行度誤差。
[0017]本發(fā)明通過運(yùn)動(dòng)軸組合運(yùn)動(dòng)后CCD測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)偏移量來(lái)實(shí)現(xiàn)平行度測(cè)量，具體而言，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]1.采用了 CXD圖像傳感裝置非接觸測(cè)量方式，測(cè)量顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)的位置偏移并計(jì)算出平行度結(jié)果，直觀方便快捷；
[0019]2.可以同時(shí)完成對(duì)兩平行運(yùn)動(dòng)軸之間X、Y方向的偏移量檢測(cè)；
[0020]3.觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)可以是任何預(yù)先標(biāo)記的微小目標(biāo)，測(cè)量系統(tǒng)易于搭建。
[0021]4.可根據(jù)測(cè)量精度要求采用不同放大倍率的工業(yè)顯微鏡，可獲得0.2um到數(shù)十微米的位置偏移檢測(cè)精度；
[0022]5.通過CXD測(cè)量顯示系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸平行度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使得平行度調(diào)整過程更為簡(jiǎn)便可行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸處于上限位時(shí)CXD測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)標(biāo)定板上基準(zhǔn)點(diǎn)的示意圖。
[0024]圖2為測(cè)量顯示系統(tǒng)上顯示的圖1所示意位置CXD測(cè)量系統(tǒng)采集到的圖像；
[0025]圖3為待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸隨主運(yùn)動(dòng)軸向上運(yùn)動(dòng)H，CXD測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)標(biāo)定板上基準(zhǔn)點(diǎn)的示意圖。
[0026]圖4為待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸向下運(yùn)動(dòng)H，CXD測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)標(biāo)定板上基準(zhǔn)點(diǎn)的示意圖。
[0027]圖5為圖4所示意位置時(shí)測(cè)量顯示系上觀察到的(XD采集圖像。
[0028]圖6為(XD測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖7為本發(fā)明的另一種具體實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明通過控制機(jī)床兩個(gè)或多個(gè)平行運(yùn)動(dòng)軸組合互補(bǔ)運(yùn)動(dòng)后，利用CCD檢測(cè)標(biāo)定板上觀測(cè)點(diǎn)的偏移量來(lái)實(shí)現(xiàn)多運(yùn)動(dòng)軸平行度檢測(cè)?；舅枷胧菍CD測(cè)量裝置固定在待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸上，控制待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)至上限位。主運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸向下運(yùn)動(dòng)使標(biāo)定板上的觀測(cè)點(diǎn)P清晰呈現(xiàn)在測(cè)量顯示系統(tǒng)上。水平移動(dòng)標(biāo)定板使觀測(cè)點(diǎn)P與測(cè)量顯示系統(tǒng)上的中心基準(zhǔn)點(diǎn)O重合。主運(yùn)動(dòng)軸向上移動(dòng)距離H，待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸向下移動(dòng)距離H，此時(shí)標(biāo)定板上的觀測(cè)點(diǎn)P顯示于測(cè)量顯示系統(tǒng)上點(diǎn)O’。通過計(jì)算測(cè)量顯示系統(tǒng)上O’和基準(zhǔn)點(diǎn)O之間的像素位置偏移并通過CCD的分辨率將像素偏移量轉(zhuǎn)化為真實(shí)的幾何位置偏移量，從而完成計(jì)算兩運(yùn)動(dòng)軸間平行度。
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置包括CCD測(cè)量系統(tǒng)1，測(cè)量顯示系統(tǒng)6和標(biāo)定板5。CXD測(cè)量系統(tǒng)I和標(biāo)定板5使用時(shí)分別安裝于待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2或基座(如水平工作臺(tái))上，CCD測(cè)量系統(tǒng)I用于獲取標(biāo)定板5的檢測(cè)圖像；測(cè)量顯示系統(tǒng)6與CCD測(cè)量系統(tǒng)I電信號(hào)連接，用于接收標(biāo)定板5的檢測(cè)圖像，并用于對(duì)采集到的圖像信息處理及平行度計(jì)算。
[0033]標(biāo)定板5為有一基準(zhǔn)點(diǎn)或十字中心線的平面板或類似裝置。如圖6所示，CCD測(cè)量系統(tǒng)由CXD傳感器7和工業(yè)顯微鏡頭8構(gòu)成，工業(yè)顯微鏡頭可以達(dá)到0.2um的檢測(cè)精度。
[0034]本發(fā)明提供的一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)方法，所述方法主要包括以下步驟:
[0035]1.CXD測(cè)量系統(tǒng)I布置在待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸上，并將測(cè)量顯示系統(tǒng)6與CXD測(cè)量系統(tǒng)I電信號(hào)連接，標(biāo)定板5布置在基座上。
[0036]如圖1所示，CXD測(cè)量系統(tǒng)I固定在待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2上，但CXD測(cè)量系統(tǒng)I可以布置在待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸或基座上。
[0037]2.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)4控制待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2獨(dú)立向上移動(dòng)到上限位，主運(yùn)動(dòng)軸3帶動(dòng)待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2向下移動(dòng)，使標(biāo)定板5的觀測(cè)點(diǎn)P落在CCD測(cè)量系統(tǒng)I的焦平面上，此時(shí)，測(cè)量顯示系統(tǒng)6會(huì)出現(xiàn)最為清晰的監(jiān)控畫面。
[0038]主運(yùn)動(dòng)軸3是指與待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2連接并帶動(dòng)其移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軸。
[0039]測(cè)量顯示系統(tǒng)6中出現(xiàn)清晰的標(biāo)定板5畫面，測(cè)量顯示系統(tǒng)6對(duì)機(jī)床上下運(yùn)動(dòng)距離進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。
[0040]3.移動(dòng)標(biāo)定板5使其觀測(cè)點(diǎn)P的第一成像點(diǎn)與測(cè)量顯示系統(tǒng)6的觀測(cè)中心O重合,如圖2所示。
[0041 ] 4.主運(yùn)動(dòng)軸3帶動(dòng)待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2 —起向上移動(dòng)距離H，然后待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2再獨(dú)立向下移動(dòng)距離H，如圖4所示。此時(shí)標(biāo)定板的觀測(cè)點(diǎn)P落在測(cè)量顯示系統(tǒng)6上第二成像點(diǎn)O’。如果O’和O點(diǎn)重合，則兩軸平行度，平行度最佳。如果O’和O點(diǎn)不重合，則說明兩軸之間存在一定的平行度誤差，更有甚者O’是一模糊成像點(diǎn)，則說明兩軸之間偏移量太大以至于組合互補(bǔ)運(yùn)動(dòng)后，觀測(cè)點(diǎn)超出了 CCD鏡頭景深范圍，此時(shí)可以微調(diào)主運(yùn)動(dòng)軸3，使得O’也能清晰成像。O’和O點(diǎn)在X、Y方向上多像素偏移量px，py越大則意味著兩軸平行度越差。如圖5所示。
[0042]H為待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2的運(yùn)動(dòng)上、下限位之間的距離。
[0043]5.通過成像點(diǎn)O’和O之間的像素偏移量及CXD分辨率計(jì)算O’和O之間幾何位置
偏移，進(jìn)一步結(jié)合運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)量H來(lái)計(jì)算兩軸間的平行度。
[0044]通過測(cè)量顯示系統(tǒng)6上點(diǎn)O’和O之間像素偏移量px、py及(XD采集圖像點(diǎn)像素分辨率r可以計(jì)算出O’和O之間幾何位置偏移dx、dy,其計(jì)算公式為:dx=px*r, dy=py*r
[0045]進(jìn)一步結(jié)合運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)量H來(lái)計(jì)算兩軸的平行度誤差可以表示為:
[0046]/ =
[0047]6.CCD測(cè)量系統(tǒng)I固定在將要其它待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2上，按照相同的步驟，利用各軸之間的差動(dòng)，就可以獲得各軸之間的平行度。[0048]所述方法還可以將CXD測(cè)量系統(tǒng)I置于基座不同位置，將標(biāo)定板固定在待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2上，觀測(cè)各軸的平行度關(guān)系，如圖7所示。圖7是CXD測(cè)量系統(tǒng)I放置在基座上。
[0049]本發(fā)明方法通過待測(cè)多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的組合互補(bǔ)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)觀測(cè)目標(biāo)點(diǎn)在CXD測(cè)量顯示系統(tǒng)上成像清晰，測(cè)量顯示系統(tǒng)6實(shí)時(shí)顯示CXD測(cè)量裝置的檢測(cè)圖像。測(cè)量顯示系統(tǒng)6能根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)在屏幕上的像素位置偏移和像素分辨率來(lái)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)與CCD中心的幾何位置偏移，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)量H來(lái)計(jì)算平行度。
[0050]所述的方法中還包括標(biāo)定板5或類似觀測(cè)目標(biāo)也可以固定到待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸2上，而CXD測(cè)量系統(tǒng)I可以固定安裝在基座上，以相同差動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式來(lái)完成檢測(cè)。
[0051]本發(fā)明中心思想是通過待測(cè)多運(yùn)動(dòng)軸的組合運(yùn)動(dòng)形成可測(cè)量的觀測(cè)點(diǎn)位置偏移，來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸平行度檢測(cè)，因此本發(fā)明不僅僅局限于上述【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其他多種【具體實(shí)施方式】實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的技術(shù)方案、思路和裝置，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括CCD測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量顯示系統(tǒng)和標(biāo)定板；CCD測(cè)量系統(tǒng)和標(biāo)定板使用時(shí)分別安裝于待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸或基座上，CCD測(cè)量系統(tǒng)用于獲取標(biāo)定板的檢測(cè)圖像；測(cè)量顯示系統(tǒng)與CCD測(cè)量系統(tǒng)電信號(hào)連接，用于接收標(biāo)定板的檢測(cè)圖像，并用于對(duì)采集到的圖像信息處理及平行度計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述CCD測(cè)量系統(tǒng)由CXD傳感器和工業(yè)顯微鏡頭連接構(gòu)成。
3.一種機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)方法，其特征在于，該方法按照下述步驟對(duì)每個(gè)待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行檢測(cè): 第I步控制待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸獨(dú)立向上移動(dòng)到上限位，然后待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸再隨其主運(yùn)動(dòng)軸一起向下移動(dòng)，使標(biāo)定板的觀測(cè)點(diǎn)P落在CCD測(cè)量系統(tǒng)的焦平面上； 第2步移動(dòng)標(biāo)定板使其觀測(cè)點(diǎn)P的第一成像點(diǎn)與測(cè)量顯示系統(tǒng)的觀測(cè)中心O重合； 第3步所述主運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸一起向上移動(dòng)距離H，然后待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸再獨(dú)立向下移動(dòng)距離H，此時(shí)標(biāo)定板的觀測(cè)點(diǎn)P落在測(cè)量顯示系統(tǒng)上第二成像點(diǎn)O’，其中，H為待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸的上限位與下限位之間的距離； 第4步如果成像點(diǎn)O’和O重合，則說明待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軸與其主運(yùn)動(dòng)軸平行，否則通過成像點(diǎn)O’和O之間的像素偏移量及CXD分辨率計(jì)算O’和O之間幾何位置偏移，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)量H來(lái)計(jì)算兩軸間的平行度誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床多運(yùn)動(dòng)軸平行度的檢測(cè)方法，其特征在于，所述平行度誤差的計(jì)算公式為:

【文檔編號(hào)】B23Q17/00GK103737427SQ201310740094
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】蔣明, 王曦照, 曾曉雁, 段軍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)