专利名称：一种五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机床部件技术领域，具体涉及ー种五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统。
背景技术：
在机械零件加工过程中，エ件在机床内的准确定位是实现五轴联动加工的前提，通常采用接触式探针对エ件位置进行探測和定位。但是在加工微小零件时，接触式探针是无法实现对エ件位置精确描述的。这是由于一方面微小零件的结构刚性差，在使用接触式探针测量时容易使零件发生变形，另ー方面微小零件的特征尺寸小，探针无法精确接触到零件。因此，需要使用非接触式定位装置来实现エ件的准确定位。尽管单一方向上的非接 触式在线瞄准与定位系统能够解决圆柱、矩形等简单结构微小零件的定位问题，但对于复杂结构的微小零件仍然无法实现エ件的准确定位。
发明内容为了解决现有技术中对复杂结构微小零件的准确定位问题，本实用新型提供ー种五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统。本实用新型的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，含有X向线瞄准与定位模块II、Y向在线瞄准与定位模块I和图像采集显示模块；X向在线瞄准与定位模块II设置在机床内部，用于实现五自由度位置调节和不同尺寸大小的刀具和エ件的X向瞄准定位；Y向在线瞄准与定位模块I设置在机床外部，用于实现六自由度位置调节和刀具的Y向瞄准和エ件的Y向定位；图像采集显示模块通过USB2. 0数据线与X向在线瞄准与定位模块II、Y向在线瞄准与定位模块I连接，并将采集到的图像进行处理后，在计算机屏.上显不出来。本实用新型中的X向在线瞄准与定位模块II包括镜头I，CXD I，支撑杆，平台I，螺杆I，平台II，螺杆II，螺钉和底板；底板通过螺钉固定在机床A轴上，平台II通过螺钉固定在底板上，平台I使用螺钉安装在平台II上，支撑杆通过螺纹接ロ竖直安装在平台I上，CCD I通过螺纹固定在支撑杆上，镜头I与CXD I采用标准螺纹连接接ロ相联，CXD I采集的图像数据通过标准的USB数据线传送给图像采集显示模块。本实用新型中的支撑杆能够绕自身旋转轴旋转，井能在任意角度位置锁紧，用于实现镜头I不同角度位置的调整。本实用新型中的X向在线瞄准与定位模块II，通过使用底板顶面上的不同螺纹孔能在不同位置上固定平台II，从而实现镜头I的瞄准位置粗调，通过分别旋转螺杆II、螺杆I实现镜头I的瞄准位置精调；通过调整支撑杆的高低实现镜头I的z向位置调整。本实用新型中的Y向在线瞄准与定位模块I包括螺杆III，平台III，支架，旋转轴，螺杆IV，平台IV，平台V，CCD II和镜头II ;支架为三角支架，安装在机床外部的隔振地基上，旋转轴固定在支架上，平台IV固定在旋转轴上，用于支撑固定平台V，平台III固定在平台V上，镜头II固定在平台III上，并通过标准螺纹接ロ与CXD II相联，CXD II采集到的图像通过标准的USB数据线传送给图像采集显示模块。本实用新型中的旋转轴固定在支架上，能够绕自身回转轴旋转，并能实现俯仰角度调整，从而实现对镜头II的三个角度自由度进行调整。本实用新型中的Y向在线瞄准与定位模块I，调整平台V在平台IV上的固定位置实现镜头II在X方向上的位置粗调，通过螺杆III实现对镜头II在X方向上的位置的精细调整；通过调整平台V在平台IV上的固定位置实现镜头II在y方向上的位置粗调，通过螺杆IV实现对镜头II在y方向上的位置 的精细调整。本实用新型的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，其微小零件的位置定位原理是由光学瞄准镜头对微小零件进行光学放大成像，通过高分辨率CCD相机对图像数据进行采集，并通过数据线将数据传输给图像采集显示模块，通过图像采集显示模块能够对采集的图像进行数据处理，计算出微小零件的在X向的边缘轮廓位置，从而实现微小零件的位置定位。本实用新型采用高分辨率CCD相机和光学瞄准镜头，进行多自由度位置调节和不同尺寸刀具和エ件的瞄准定位。本实用新型定位精度高，结构简单，操作方便，可靠性好，在微小机械零件加工领域中具有较好的应用前景。
图I为本实用新型的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统的应用布局图。图2为本实用新型的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统的结构示意图。图中，I.エ件 2. Y向在线瞄准与定位模块I3.A轴4.主轴
5.刀具 6. X向在线瞄准与定位模块II 7.工作台 8.镜头I 9. CXD I10.支撑杆 11.平台I 12.螺杆I 13.平台II 14.螺杆II 15.螺钉 16.底板 17.螺杆III 18.平台III 19.支架 20.旋转轴21 螺杆 IV 22 平台 IV 23 平台 V 24. CCD II 25 镜头 II。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进ー步的详细描述。实施例I图I为本实用新型的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统的应用布局图，图2为本实用新型的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统的结构示意图。在图I、图2中，本实用新型的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，含有Y向在线瞄准与定位模块I 2、X向在线瞄准与定位模块II 6和图像采集显示模块。Y向在线瞄准与定位模块I 2为Y向在线瞄准与定位模块，安装在机床外部，能够实现五自由度位置调节，用于安装在主轴4上刀具5的Y向瞄准和安装在工作台7上エ件I的Y向定位。X向在线瞄准与定位模块II 6为X向在线瞄准与定位模块，安装在机床内部，可实现六自由度位置调节，用于不同尺寸大小的刀具5和エ件I的X向瞄准定位。图像采集显示模块通过USB2. O数据传输协议与Y向在线瞄准与定位模块I 2和X向在线瞄准与定位模块II 6通信，并将采集到的图像进行处理，显示到屏幕上。所述Y向在线瞄准与定位模块I 2包括螺杆III 17，平台III 18，支架19，旋转轴20，螺杆IV 21，平台IV 22，平台V 23，CXD II 24和镜头25 II。支架19为三角支架，安装在机床外部的隔振地基上，用于支撑和固定整个Y向在线瞄准与定位模块I 2。旋转轴20固定在支架19，可绕自身回转轴旋转，并可实现俯仰角度调整，从而实现对镜头II 25的三个角度自由度进行调整，满足不同方位的瞄准与定位。平台IV 22固定在旋转轴20上，用干支撑固定平台V 23。平台V 23为Y向在线瞄准与模块I 2的X向调整平台，通过调整平台V 23在平台IV 22上的固定位置实现镜头II 25在x方向上的位置粗调，通过螺杆III 17实现对镜头II 25在X方向上的位置的精细调整。平台III 18为Y向在线瞄准与定位模块I 2的y向调整平台，固定在平台V 23上，通过调整平台V 23在平台IV 22上的固定位置实现 镜头II 25在y方向上的位置粗调，通过螺杆IV 21实现对镜头II 25在y方向上的位置的精细调整。镜头25 II固定在平台III 18上，并通过标准螺纹接ロ与CXD II 24相联，CXD II 24采集到的图像通过标准的USB数据线传送给图像采集显示模块，从而实现Y向在线瞄准与定位功能。所述X向在线瞄准与定位模块II 6包括镜头I 8，CXD I 9，支撑杆10，平台111，螺杆I 12，平台II 13，螺杆II 14，螺钉15和底板16。底板16为U形结构，在其顶部平面均布固定用螺纹孔，用于固定平台II 13。在底板16 U形结构的两个侧面分别设置螺纹孔，通过紧固螺钉15将底板16固定在机床的A轴3上。平台I 11安装在平台II 13上，支撑杆10竖直安装在平台I 11上，CXD I 9通过螺纹固定在支撑杆10上，镜头I 8与CXD I 9采用标准螺纹连接接ロ相联，CXD I 9采集的图像数据通过标准的USB数据线传送给图像采集显示模块，从而实现X向在线瞄准与定位功能。支撑杆10可绕自身旋转轴旋转，并可在任意角度位置锁紧，实现镜头I 8不同角度位置的调整。通过使用底板16顶面上的不同螺纹孔可在不同位置上固定平台II 13，从而实现镜头I 8的瞄准位置粗调，通过分别旋转螺杆
II14、螺杆I 12实现镜头I 8的瞄准位置精调。通过调整支撑杆10的高低实现镜头I 8的z向位置调整。本实施例中的镜头I 8采用的是美国Questart公司的QMl长焦距光学镜头，镜头
II25采用的是日本Hirox公司的MT-C16光学镜头，CCD I 9和CCD II 24为加拿大INFINITY公司生产的型号为INFINITY1-3高分辨率CCD。
权利要求1.一种五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，其特征在于所述的定位系统含有X向线瞄准与定位模块II (6)、Y向在线瞄准与定位模块I (2)和图像采集显示模块；X向在线瞄准与定位模块II (6)设置在机床内部，用于实现五自由度位置调节和不同尺寸大小的刀具和エ件的X向瞄准定位；Y向在线瞄准与定位模块I (2)设置在机床外部，用于实现六自由度位置调节和刀具的Y向瞄准和エ件的Y向定位；图像采集显示模块通过USB2. O数据线与X向在线瞄准与定位模块II (6)、Y向在线瞄准与定位模块I (2)连接，并将采集到的图像进行处理后，显示在计算机屏幕上。
2.根据权利要求I所述的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，其特征在干所述的X向在线瞄准与定位模块II (6)包括镜头I (8)、CXD I (9)、支撑杆(10)、平台I (11)、螺杆I (12)、平台II (13)、螺杆II (14)、螺钉(15)和底板(16);底板(16)通过螺钉固定在机床A轴(3)上，平台II (13)通过螺钉固定在底板(16)上，平台I (11)通过螺钉安装在平台II (13)上，支撑杆(10)通过螺纹接ロ竖直安装在平台I (11)上，CXD I (9)通过螺纹固定在支撑杆(10)上，镜头I (8)与CXD I (9)采用标准螺纹连接接ロ相连，CXD I(9)采集的图像数据通过标准的USB数据线传送到图像采集显示模块。
3.根据权利要求2所述的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，其特征在于所述的支撑杆(10)能够绕自身旋转轴旋转，井能在任意角度位置锁紧，用于实现镜头I (8)不同角度位置的调整。
4.根据权利要求I或2所述的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，其特征在于所述的X向在线瞄准与定位模块II (6)，通过底板(16)顶面上的不同螺纹孔能在不同位置上固定平台II (13)，从而实现镜头I (8)的瞄准位置粗调，通过分别旋转螺杆II(14)、螺杆I (12)实现镜头I (8)的瞄准位置精调；通过调整支撑杆(10)的高低实现镜头I(8)的z向位置调整。
5.根据权利要求I所述的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，其特征在于:所述的Y向在线瞄准与定位模块I (2)包括螺杆111(17)、平台111(18)、支架(19)、旋转轴(20)、螺杆 IV(21)、平台 IV(22)、平台 V (23),CCD II (24)和镜头 II (25);支架(19)为三角支架，安装在机床外部的隔振地基上，旋转轴(20)固定在支架(19)上，平台IV (22)固定在旋转轴(20)上，用于支撑固定平台V (23)，平台111(18)固定在平台V (23)上，镜头II(25)固定在平台111(18)上，并通过标准螺纹接ロ与CXD II (24)相连，CXD II (24)采集到的图像通过标准的USB数据线传送到图像采集显示模块。
6.根据权利要求5所述的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，其特征在于所述的旋转轴(20)固定在支架(19)上，能够绕自身回转轴旋转，并能实现俯仰角度调整，从而实现对镜头II (25)的三个角度自由度进行调整。
7.根据权利要求I或5所述的五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，其特征在于所述的Y向在线瞄准与定位模块I (2)，调整平台V (23)在平台IV (22)上的固定位置实现镜头II (25)在X方向上的位置粗调，通过螺杆III(17)实现对镜头II (25)在X方向上的位置的精细调整；通过调整平台V (23)在平台IV(22)上的固定位置实现镜头II(25)在y方向上的位置粗调，通过螺杆IV (21)实现对镜头II (25)在y方向上的位置的精细调整。
专利摘要本实用新型提供了一种五轴加工中心用非接触式双向在线瞄准与定位系统，所述在线瞄准与定位系统中的X向在线瞄准与定位模块含有高分辨率CCD相机和小尺寸光学瞄准镜头，用于刀具和工件的X向瞄准定位。Y向在线瞄准与定位模块含有高分辨率CCD相机和长焦距光学瞄准镜头，用于刀具的Y向瞄准和工件的Y向定位。图像采集显示模块通过USB2.0数据线与X向在线瞄准与定位模块、Y向在线瞄准与定位模块连接，并将采集到的图像进行处理，显示到屏幕上。本实用新型定位精度高，结构简单，操作方便，可靠性好，在微小机械零件加工领域中具有较好的应用前景。
文档编号B23Q17/24GK202656010SQ20122025259
公开日2013年1月9日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者张海军, 黄燕华, 蒋柏斌, 袁光辉, 宋成伟, 李国 , 朱磊, 谢军, 陶洋, 刘峰, 童维超 申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心