大型工件多孔位置度检测系统及检测方法
【专利摘要】本发明提供一种大型工件多孔位置度检测系统及检测方法，主要解决了现有技术无法得到孔的位置度实际数据以及无法在产业上应用的问题。该大型工件多孔位置度检测系统包括多孔位置度光栅检测仪和用于安装多孔位置度光栅检测仪的机械定位装置，机械定位装置一端与用于控制其运动的机床连接。该大型工件多孔位置度检测系统及检测方法通过将多孔位置度光栅检测仪安装在数控机床上，采用自动控制技术，高精度在线测量大型工件上多个孔的位置度，提高测量效率。
【专利说明】大型工件多孔位置度检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大型工件多孔位置度检测系统及检测方法，属于机电一体化测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]对大型工件多孔的位置度进行检测，目前较常用的是专用检测工装。专用检测工装通常由一个定位销，以及与工件孔相对应的一个或多个测量销组成。将定位销定位在工件上，然后将测量销分别插入对应的被测孔内，若测量销自由通过，则判定被测孔的位置度合格。也有报道使用三坐标测量仪或万能工具显微镜对孔的位置度进行测量，但这些设备不适用于生产现场的在线测量。
[0003]申请号为201110139672.7的发明专利是通过模拟零件的装配使用而设计的一种机械检测结构。其所公开的孔位置度检测组合结构存在以下缺点:
[0004]1、该专利仅适用于对圆周分布孔的位置度进行测量。如果工件的孔位分布并非如此，则此专利并不适用。
[0005]2、该专利不能测出孔的位置度实际数据，而仅能定性判断孔位是否合格。
[0006]3、当大型工件上孔较多时(例如1000个以上)，该专利效率很低。
【发明内容】
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[0007]本发明提供一种大型工件多孔位置度检测系统及检测方法，主要解决了现有技术无法得到孔的位置度实际数据以及无法在产业上应用的问题。
[0008]该大型工件多孔位置度检测系统及检测方法通过将多孔位置度光栅检测仪安装在数控机床上，采用自动控制技术，高精度在线测量大型工件上多个孔的位置度，提高测量效率。
[0009]本发明的具体技术解决方案如下:
[0010]该大型工件多孔位置度检测系统，包括多孔位置度光栅检测仪和用于安装多孔位置度光栅检测仪的机械定位装置，机械定位装置一端与用于控制其运动的机床连接；所述多孔位置度光栅检测仪包括设置有探头的光栅尺，光栅尺一端与接触感应模块连接，光栅尺另一端与用于检测处理测量数据的处理装置连接。
[0011]上述处理装置由数据采集模块和嵌入式处理模块组成，嵌入式处理模块上设置有数据输入/输出接口。
[0012]上述机械定位装置包括用于连接数控机床的机床接口、用于调整多孔位置度光栅检测仪方向的调整机构和用于固定多孔位置度光栅检测仪的载物台；所述机床接口设置在调整机构一侧，载物台设置在调整机构另一侧。
[0013]该大型工件多孔位置度检测方法，包括以下步骤:
[0014]I]根据工件的图纸，得到待测孔的理论空间位置，控制多孔位置度光栅检测仪进入每个待测孔内进行测量，测量时多孔位置度光栅检测仪需旋转360° ；[0015]2]多孔位置度光栅检测仪在进入被测孔时，若孔位偏差很大导致接触感应模块与工件接触，接触感应模块立即向数控机床发中止测量的信号，数控机床收到中止测量的信号后自动进入下一个孔的测量；
[0016]3]多孔位置度光栅检测仪在进入被测孔后，数控机床向嵌入式处理模块发送启动测量的信号，嵌入式处理模块以固定的频率接收数据采集模块的数据并保存；
[0017]4]当多孔位置度光栅检测仪在待测孔里旋转360°后，数控机床向嵌入式处理模块发送完成测量的信号，嵌入式处理模块开始处理当前的待测孔数据；此时数控机床控制多孔位置度光栅检测仪退出当前待测孔，自动进入下一个孔进行测量；
[0018]5]根据多孔位置度光栅检测仪获取的数据，对工件上每个待测孔的理论坐标进行修正，得到每个孔的位置度。
[0019]本发明的优点如下:
[0020]1、本发明是将多孔位置度光栅检测仪安装在数控机床上进行测量，在数控机床的行程范围内，任意分布的孔位，都可以测量其位置度。
[0021]2、根据数控机床的位移数据，以及多孔位置度光栅检测仪相对于其定位中心的测量数据，本发明可以解算出每个孔的位置度数据，测量精度可达到0.03mm/m。
[0022]3、本发明使用机电一体化技术，自动控制数控机床和多孔位置度光栅检测仪的运行和数据采集，极大地提高了测量效率。
[0023]4、本发明可应用于生产现场的在线测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]附图1为多孔位置度光栅检测仪的结构示意图；
[0025]附图2为机械定位结构的示意图；
[0026]附图3为本发明具体实施的示意图。
[0027]附图明细如下:
[0028]1-接触感应模块，2-光栅尺，3-光栅尺探头，4-数据采集模块，5-嵌入式处理模块，6-数据输入/输出接口，7-机床接口，8-载物台，9-调整机构，10-待测孔，11-多孔位置度光栅检测仪，12-机械定位结构。
【具体实施方式】:
[0029]该大型工件多孔位置度检测系统由多孔位置度光栅检测仪、数控机床和机械定位装置等部件组成。其中，多孔位置度光栅检测仪由光栅尺和数据采集模块、嵌入式处理模块、接触感应模块等组成。
[0030]多孔位置度光栅检测仪结构设计。如附图1所示，包括用于检测测量孔是否超出测量范围的接触感应模块1，该模块位于光栅尺下方；光栅尺2位于中部，包括光栅尺探头3。光栅尺上方左侧为数据采集模块4，用于读出光栅尺的数据，并传输至嵌入式处理模块5 ;光栅尺上方右侧为嵌入式处理模块5，用于接收和处理信号与数据。在嵌入式处理模块5上，有数据输入/输出接口 6，用于将数据输入，以及将测量数据输出至计算机或其它智能设备。
[0031]如附图2所示。机械定位装置用于将多孔位置度光栅检测仪定位在数控机床上，包括安装多孔位置度光栅检测仪的载物台8，以及连接数控机床的机床接口 7。机械定位结构设计有调整机构9，用于调整多孔位置度光栅检测仪的方向，使光栅尺2的测量方向与数控机床进行测量时的运行方向垂直。
[0032]该大型工件多孔位置度检测方法，包括以下步骤:
[0033]I]数控机床的运行控制。根据工件的图纸，得到待测孔的理论空间位置，编写数控机床运行软件，控制多孔位置度光栅检测仪进入每个待测孔，并在孔里旋转360°。
[0034]2]中止测量。多孔位置度光栅检测仪在进入被测孔时，如果孔位偏差很大，导致接触感应模块I与工件接触，接触感应模块I向数控机床发中止测量的信号，此时数控机床自动进入下一个孔的测量。
[0035]3]启动测量。当多孔位置度光栅检测仪进入被测孔后，数控机床向嵌入式处理模块5发送启动测量的信号，嵌入式处理模块5以固定的频率接收数据采集模块4的数据并保存。
[0036]4]完成测量。当多孔位置度光栅检测仪在待测孔里旋转360°后，数控机床向嵌入式处理模块5发送完成测量的信号，嵌入式处理模块5开始处理当前的待测孔数据。此时数控机床控制多孔位置度光栅检测仪退出当前待测孔，自动进入下一个孔的测量。
[0037]5]位置度数据处理。根据多孔位置度光栅检测仪获取的数据，对工件上每个待测孔的理论坐标进行修正，得到每个孔的位置度。
[0038]以下结合具体实施例进行详述，本发明【具体实施方式】如下:
[0039]1、测量范围与准备。包括:
[0040](I)根据待测工件的尺寸，选择行程范围适宜的数控机床。
[0041](2)根据待测孔的尺寸，选择对应的光栅尺2，满足:
[0042]①光栅尺2处于最小量程时，机械尺寸大于待测孔的半径。
[0043]②光栅尺2处于最大量程时，机械尺寸小于待测孔的半径。
[0044](3)根据光栅尺2处于最大量程时的机械尺寸，计算接触感应模块I的对应尺寸。
[0045]2、与数控机床连接。本发明的一种【具体实施方式】，是将机械定位结构上的机床接口 7安装在数控机床的刀具对应安装位置。
[0046]3、数控机床的自动控制。
[0047](I)数控机床自动运行前，精确测量数控机床与待测工件的位置关系，作为初始值。
[0048](2)根据待测工件的图纸，以及步骤(I)获取的初始值，计算每个待测孔的运行位置。
[0049](3)编写数控机床运行程序，控制其自动运行。
[0050]4、系统标校。包括:
[0051](I)调整光栅尺2与接触感应模块I垂直。
[0052](2)调整光栅尺2与数控机床的位置关系，使其测量方向与数控机床进入测量孔的方向垂直。
[0053](3)标定光栅尺2的零位与多孔位置度光栅检测仪旋转中心的位置关系
(Δ χ0，Δ y0) 0
[0054]5、测量数据处理。包括:[0055](I)系统使用前，将光栅尺2的零位与多孔位置度光栅检测仪旋转中心的位置关系(Δχ。，Δ y0)输入嵌入式处理模块5。
[0056](2)系统使用时，嵌入式处理模块5记录每个“中止测量”信号，其相应位置度数据为①;每个“启动测量”与“完成测量”信号之间，记录了 k组光栅尺数据Ii, i=l, 2，...k，其相应位置度数据为
[0057]
【权利要求】
1.一种大型工件多孔位置度检测系统，其特征在于:包括多孔位置度光栅检测仪和用于安装多孔位置度光栅检测仪的机械定位装置，机械定位装置一端与用于控制其运动的机床连接；所述多孔位置度光栅检测仪包括设置有探头的光栅尺，光栅尺一端与接触感应模块连接，光栅尺另一端与用于检测处理测量数据的处理装置连接。
2.根据权利要求1所述的大型工件多孔位置度检测系统，其特征在于:所述处理装置由数据采集模块和嵌入式处理模块组成，嵌入式处理模块上设置有数据输入/输出接口。
3.根据权利要求1或2所述的大型工件多孔位置度检测系统，其特征在于:所述机械定位装置包括用于连接数控机床的机床接口、用于调整多孔位置度光栅检测仪方向的调整机构和用于固定多孔位置度光栅检测仪的载物台；所述机床接口设置在调整机构一侧，载物台设置在调整机构另一侧。
4.一种大型工件多孔位置度检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 1]根据工件的图纸，得到待测孔的理论空间位置，控制多孔位置度光栅检测仪进入每个待测孔内进行测量，测量时多孔位置度光栅检测仪需旋转360° ； 2]多孔位置度光栅检测仪在进入被测孔时，若孔位偏差很大导致接触感应模块与工件接触，接触感应模块立即向数控机床发中止测量的信号，数控机床收到中止测量的信号后自动进入下一个孔的测量； 3]多孔位置度光栅检测仪在进入被测孔后，数控机床向嵌入式处理模块发送启动测量的信号，嵌入式处理模块以固定的频率接收数据采集模块的数据并保存； 4]当多孔位置度光栅检测仪在待测孔里旋转360°后，数控机床向嵌入式处理模块发送完成测量的信号，嵌入式处理模块开始处理当前的待测孔数据；此时数控机床控制多孔位置度光栅检测仪退出当前待测孔，自动进入下一个孔进行测量； 5]根据多孔位置度光栅检测仪获取的数据，对工件上每个待测孔的理论坐标进行修正，得到每个孔的位置度。
【文档编号】G01B5/00GK103759606SQ201410022750
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】常何民, 李华 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所