一种圆筒高精度在线检测系统的制作方法

本发明涉及镜头模组的固定圆筒的检测领域，尤其涉及一种圆筒高精度在线检测系统。

背景技术：

高精度圆筒采用超精密机床加工而来，用于固定各种镜片，作为各类镜头模组的固定罩(套筒)，如各类显微镜镜头模组固定罩，各类相机镜头模组固定罩等，从而实现特定的光学目的。高精度圆筒的内圆柱用于安装和固定镜片，外圆柱用于将圆筒及镜片组件安装和固定在设备上，高精度圆筒的内外圆柱的关键尺寸参数决定设备的光学性能，包括直径、圆度、圆筒度和内外圆柱的同心度等。圆筒通常为镍合金材质，价格昂贵。为了确保圆筒的关键尺寸的精度，完成加工后，需要对圆筒的关键尺寸进行测量和补偿加工。

三坐标测量仪加装扫描测头或者高精度圆度仪等计量设备可以实现高精度圆筒的关键尺寸参数的非在线高精度测量，其测量精度为亚微米级，满足需要的测量精度。一般采用计量设备的测量步骤为圆筒加工完成从加工机床上将套筒卸夹，然后放置在计量设备上进行测量。关键尺寸精度不满足设计要求时，需要将圆筒重新安装在加工机床上进行修整补偿加工。由于不可避免的圆筒装卸夹误差和加工机床与计量设备之间存在的坐标差等误差源的影响，采用计量设备的非在线测量和修整补偿加工很难达到要求的精度。同时，圆筒的装卸夹需要消耗大量人力和时间，增加了圆筒的加工成本。

因此，亟需一种新的技术方案以解决上述技术问题。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提出一种圆筒工件的检测结果精准且修整补偿加工精度高的圆筒高精度在线检测系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种圆筒高精度在线检测系统，包括：机床本体，用于对圆筒工件进行加工和/或修整补偿加工；检测单元，设置于机床本体上，用于采集圆筒工件的尺寸参数；以及控制单元，电连接机床本体和检测单元，用于控制圆筒工件的回转和检测单元的数据采集来实现对圆筒工件尺寸参数的在线测量。

进一步地，所述机床本体包括机床底座，机床底座上固定有主轴支架和z轴导轨，主轴支架上连接有沿z轴方向设置的主轴，主轴通过圆筒工件夹具来固定与主轴轴线平行的圆筒工件，所述z轴导轨滑动连接有一z轴溜板。

进一步地，所述圆筒工件包括内圆柱面，外圆柱面和径向端面，通过圆筒工件夹具固定径向端面而将圆筒工件安装于机床本体的主轴上。

进一步地，所述检测单元包括一检测组件底座，检测组件底座的一面固定于所述机床本体的z轴溜板上，另一面分别安装有位于所述圆筒工件轴向的内圆柱检测组件及位于所述圆筒工件径向的外圆柱面检测组件，所述检测单元还包括一传感器控制器，传感器控制器分别与主轴及控制单元电连接。

进一步地，所述控制单元分别与机床本体的主轴和z轴溜板的光栅尺电连接。

进一步地，所述内圆柱检测组件包括内圆柱三轴电动滑台，内圆柱测距传感器夹具，一维轴向测距传感器和一维轴向测距传感器测头，所述内圆柱三轴电动滑台通过检测组件底座将内圆柱检测组件固定在z轴溜板上，所述一维轴向测距传感器通过内圆柱测距传感器夹具固定于内圆柱三轴电动滑台，所述一维轴向测距传感器与z轴平行，所述传感器控制器与一维轴向测距传感器测头电连接，用于采集和运算测量数据，并反馈给控制单元。

进一步地，所述外圆柱检测组件包括外圆柱三轴电动滑台，外圆柱测距传感器夹具，一维径向测距传感器和一维径向测距传感器测头，所述外圆柱三轴电动滑台通过检测组件底座将外圆柱检测组件固定在z轴溜板上，所述一维径向测距传感器通过外圆柱测距传感器夹具固定于外圆柱三轴电动滑台，所述一维径向测距传感器与x轴平行，所述传感器控制器与一维径向测距传感器测头电连接，用于采集和运算测量数据，并反馈给控制单元。

进一步地，所述一维轴向测距传感器和一维径向测距传感器在安装完成后，分别使用标准球，内圆柱三轴电动滑台，外圆柱面三轴电动滑台对一维轴向测距传感器测头和一维径向测距传感器测头进行对轴和标定，确保一维轴向测距传感器测头和一维径向测距传感器测头的轴心相交，分别计算出从机床本体的主轴的轴心到一维轴向测距传感器测头及到一维径向测距传感器测头的x方向距离。

进一步地，所述圆筒工件的尺寸参数包括所述圆筒工件的内外直径参数、内外圆柱的同心度参数、内外圆度参数及内外圆筒度参数的至少一个参数。

进一步地，所述圆筒工件的内外直径参数分别通过对一维轴向测距传感器和一维径向测距传感器的所有测量数据的最小二乘法运算得到；所述圆筒工件的内外圆柱的同心度参数通过一维轴向测距传感器和一维径向测距传感器在各位置测得的内外直径的峰谷值之差获得；所述圆筒工件的内外圆度参数分别通过一维轴向测距传感器和一维径向测距传感器的所有测量数据的最大值和最小值之差获得；所述圆筒工件的内外圆筒度参数分别通过一维轴向测距传感器和一维径向测距传感器在所有测得圆度的峰谷值之差获得。

本发明提出的圆筒高精度在线检测系统，可以实现圆筒的关键尺寸参数在加工机床上的高精度检测，检测单元安装于机床本体上，通过高精度标定，圆筒的加工与测量之间的坐标差可以被减小到允许范围内，确保修整补偿加工的精度。同时，在线检测没有圆筒的装卸夹步骤，可以提高补偿加工精度、节省时间和降低人力。该在线检测系统还具有结构简单和造价低廉等优点。

附图说明

图1是本发明在线检测系统的结构示意图；

图2是本发明在线检测系统的电路图；

图3是本发明的检测零件圆筒的结构示意图；

图4是本发明圆筒内圆柱面检测组件的结构示意图；

图5是本发明圆筒外圆柱面检测组件的结构示意图。

图中标号说明：1、机床本体；2、检测单元；3、圆筒工件；4、控制单元；11、主轴；12、主轴支架；13、机床底座；14、z轴导轨；15、z轴溜板；16、圆筒工件夹具；21、检测组件底座；22、内圆柱检测组件；23、外圆柱检测组件；24、传感器控制器；31、内圆柱面；32、外圆柱面；33、径向端面；221、内圆柱三轴电动滑台；222、内圆柱测距传感器夹具；223、一维轴向测距传感器；224、一维轴向测距传感器测头；231、外圆柱三轴电动滑台；232、外圆柱测距传感器夹具；233、一维径向测距传感器；234、一维径向测距传感器测头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1-2所示，本发明实施例提出了一种圆筒工件的高精度在线检测系统，该在线检测系统包括机床本体1，用于对圆筒工件3进行加工和/或修整补偿加工，检测单元2，设置于机床本体1上，用于采集圆筒工件的尺寸参数，控制单元4，电连接机床本体1和检测单元2，用于控制圆筒工件的回转和检测单元的数据采集来实现对圆筒工件尺寸参数的在线测量。

机床本体1包括一机床底座13，机床底座13上固定有主轴支架12，主轴支架12上连接有沿z轴方向的水平设置在机床底座13上方的主轴11，主轴11通过一圆筒工件夹具16固定圆筒工件3，圆筒工件3与主轴11的轴线平行，主轴11运动即可带动圆筒工件3运动。

其中，机床底座13的上表面上设有沿z轴延伸的导轨14，导轨14上滑动连接有一z轴溜板15，z轴溜板15的移动方向与主轴11的轴线平行。该控制单元4分别与主轴11及z轴溜板15的光栅尺电连接，用于获取圆筒工件3及检测单元2的位置信息，及用于控制驱动主轴11以带动圆筒工件3的回转及控制驱动z轴溜板15的运动，也会根据检测单元2的检测结果调节圆筒工件3的回转及控制驱动z轴溜板15的运动，实现检测单元2的反馈控制。其中，导轨14的数量可以为两根，z轴溜板15安装于两根导轨14上。

如图3所示，该圆筒工件3包括内圆柱面31，外圆柱面32和径向端面33，径向端面33通过圆筒工件夹具16安装于机床本体的主轴11上，使圆筒工件3与主轴11同轴。

如图1所示，检测单元2包括检测组件底座21，检测组件底座21的一面固定于机床本体的z轴溜板15上，另一面分别安装有位于圆筒工件轴向的内圆柱检测组件22及位于圆筒工件径向的外圆柱面检测组件23。

如图4所示，内圆柱检测组件22包括与检测组件底座21固定的内圆柱三轴电动滑台221，内圆柱三轴电动滑台221上固定有内圆柱测距传感器夹具222，内圆柱测距传感器夹具222上固定有一维轴向测距传感器223及一维轴向测距传感器测头224，一维轴向测距传感器223的轴线与z轴平行。

如图5所示，外圆柱面检测组件23包括与检测组件底座21固定的外圆柱面三轴电动滑台231，外圆柱面三轴电动滑台231上固定有外圆柱面测距传感器夹具232，外圆柱面测距传感器夹具232上固定有一维径向测距传感器233及一维径向测距传感器测头234；一维径向测距传感器233的轴线与x轴平行。

如图2所示，检测单元2还包括传感器控制器24，传感器控制器24分别与一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233电连接，同时传感器控制器24也分别与主轴11及控制单元4电连接，从而接受触发信号而分别采集和运算一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233的测量数据，并反馈给控制单元4。

在一个具体的实施例中，一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233在安装完成后，分别使用标准球，内圆柱三轴电动滑台221，外圆柱面三轴电动滑台231对一维轴向测距传感器测头224和一维径向测距传感器测头234进行对轴和标定，确保一维轴向测距传感器测头224和一维径向测距传感器测头234的轴心相交，同时分别计算出从机床本体的主轴11的轴心到一维轴向测距传感器测头224及到一维径向测距传感器测头234的x方向距离。

本发明实施例中，圆筒工件的相关尺寸参数包括圆筒工件的内外直径参数、内外圆柱的同心度参数、内外圆度参数及内外圆筒度参数的至少一个参数。

具体地，本发明实施例中的在线检测系统的测量方法如下：

步骤s1：由控制单元4驱动z轴溜板15沿z轴负方向将检测单元2的一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233移送至圆筒工件3的装夹端，并由z轴溜板15的光栅尺将位置信息反馈到控制单元4，位置记做z1；

步骤s2：由控制单元4驱动主轴11带动圆筒工件3回转，同时主轴11发送信号给传感器控制器24，触发传感器控制器24开始采集一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233在z1位置的测量数据；

步骤s3：完成测量后，重复上述步骤s1和步骤s2，对圆筒工件3沿z方向等距测量直至到达圆筒工件3的自由端，在各位位置的测量数据分别记做z1,z2……zn。

测量完成后，圆筒工件3的内外直径、内外圆柱的同心度、内外圆度及内外圆筒度参数的计算方法如下：

内外直径：对一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233在任意位置的测量数据分别进行最小二乘法运算，运算结果加上或者减去一维轴向测距传感器测头224和一维径向测距传感器测头234到主轴11的轴心的x方向距离可以分别计算出圆筒工件3在任意位置的外直径和内直径。

内外圆柱的同心度：对一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233在任意位置的测量数据分别进行最小二乘法运算，计算出内圆柱面31的轴心线和外圆柱面32的轴心线，计算出的两个轴心线的最大差值为圆筒工件3的内外圆柱的同心度。

内外圆度：对一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233在任意位置的测量数据的最大值和最小值之差为圆筒工件3在任意位置的外圆度和内圆度。

内外圆筒度：对一维轴向测距传感器223和一维径向测距传感器233在所有测量位置的测量数据的最大值和最小值之差为圆筒工件3的外圆柱面32的圆筒度误差和内圆柱面31的圆筒度。

本发明实施例中的圆筒高精度在线检测系统，通过在机床本体上设置检测单元及控制单元，实现了对圆筒工件的关键尺寸参数的在线测量目的，在线测量结果可以直接用于对圆筒工件的修整补偿加工，提高圆筒工件的加工精度，并且过程中没有圆筒的装卸夹步骤，可以节省时间和降低人力。

虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。