[0035]
[0036] 其中R为旋转矩阵，P为平移向量；
[0037] (S5)令匹配变换最优解g作用于初始加工指令，生成匹配后的加工指令，如式（2) 所示
[0038] [X'yrz， 1]T=g[xyz1]τ
[0039] (2)
[0040] [η'xn'yn'z 0]T=g[nxnynz 0]τ
[0041] 其中[xyz1]T和[x'y'z' 1]T分别为原加工位置坐标和修改后加工位置 坐标，[nxnynz 0]? [η'χη'η'ζ 0]τ分别为原加工位置法线向量和修改后加工位置 法线向量；Τ表示向量转置符号。
[0042] (S6)向工位切换气缸供气，使气缸的运动部回收，达到加工工位，机床数控系统依 据加工指令，完成对工件的加工。
[0043] 高精度测头能够实现亚微米重复定位精度±Χ、土Υ、+Ζ方向的高精度触碰触发， 当测头发生触碰时会发出信号供机床数控系统处理。
[0044] 机床自身的数控系统中的数控集成程序，在使用G代码指令控制机床运动时，当 系统接收到测头发出的触发信号时，机床自动停止运动并记录下当前激活坐标系下的ΧΥΖ 坐标值。工件自寻位软件能够读取数控集成程序记录的ΧΥΖ坐标值，以加工对象的面形方 程为依据，使用TSL算法和非线性最小二乘算法计算工件定位误差和匹配变换最优解g，最 终输出补偿了定位误差的加工指令。
[0045] 如图5所示，本发明工件自寻位的过程为，将工件在机床上大致安放好后，将工件 面形方程输入到工件自寻位软件中，软件根据面形方程生成优化路径的测量指令，用测量 指令控制机床运动完成一轮测量，通过数控集成程序得到测量点数据（坐标值），所得测量 点数据按触发顺序被保存在文本文件中。工件自寻位软件读取文本文件后计算出工件的定 位误差，之后以计算出的定位误差所对应的最佳匹配变换g，修改初始加工指令，见式（2)， 最终生成匹配后加工指令用于加工。
[0046] 如图6所示，数控集成程序实现触发信号的接收、机床停止指令的发出和坐标值 的保存，数控集成程序依托于机床本身的数控系统，确保信号接收、指令发出和坐标值保存 三功能的同时性。触发信号通过触发信号线被数控系统的10 口接收，数控系统以及数控集 成程序接收到触发信号，发出停止指令令机床停止运动，同时将此时数控系统的坐标值保 存到建立的一个文本文件中，该文件保存的是同一轮测量中的每次触碰所对应的坐标值。 一轮测量以G代码的G60. 3和G60. 4分别标识开始和结束，数控集成程序处理的是以G31 控制的机床运动，因此以G01或G02控制的运动不会为高精度测头的触发所影响。
[0047] 如图7、图8所示为某一有效口径300X300mm非球面镜的自寻位及加工实验。 图7下层的面对应所要加工的面形，上层的面对应测头半径补偿后的面形，图中测量点与 测头半径补偿后的面形实现了最优匹配；使用得到的经修改的加工指令完成工件加工， 图8所示为加工后的面形误差测量结果，面形误差PV值0. 177wave小于l/3wave，rms值 0· 028wave，power值-0· 046wave，均达到了预定的加工要求，实验中工件自寻位所耗时间 小于30分钟，较手动打表对刀极大提高了工作效率。
[0048] 本发明通过高精度测头触碰工件，通过测头运动机构保证测量与加工互不干涉， 通过数控集成程序处理触碰时发出的触发信号以实现测量点数据的自动采集，通过工件自 寻位软件生成适应不同工件面形的测量指令代码，并利用TSL和非线性最小二乘算法计算 出最优匹配变换g，最终生成用于加工的匹配后加工指令。经实验验证，如图7、8所示，实现 了面形的最优匹配，得到了良好的加工效果，提高了工作效率。
[0049] 以上仅是实施例仅用于说明本发明的效果，本发明的保护范围并不仅局限于上述 实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明 的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于高精度抛光机床的工件自寻位装置，安装在数控机床上，其特征在于：包 括测头运动机构（1)和高精度测头（2);所述测头运动机构（1)由工位切换气缸（11)、测 头固定座（12)、气缸转接板（13)组成；所述工位切换气缸（11)分为运动部（111)、固定部 (112);所述气缸转接板（13)通过螺钉锁紧在固定部上，并与数控机床上的抛光工具总成 (3)固连；固定部与运动部进行活动连接；所述运动部分的下端安装有测头固定座（12)，所 述高精度测头通过螺钉安装在测头固定座上。2. 如权利要求1所述的一种用于高精度抛光机床的工件自寻位装置，其特征在于：所 述高精度测头（2)包括测针（21)、触发器（22)、触发信号线（23);所述触发器连接测针，并 获取测针（1)触碰过程中产生的位移并发出触发信号，通过触发信号线（23)传送给数控系 统处理。3. -种工件加工方法，采用如权利要求1所述的用于高精度抛光机床的工件自寻位装 置，其特征在于，包括以下步骤： (51) 将工件安放在机床上，向工位切换气缸供气，使工位切换气缸的运动部放下，达到 测量工位； (52) 以工件目标方程与面形为依据，生成满足当前工件的测量指令； (53) 机床数控系统依据测量指令采集测量点数据，并按采集顺序进行保存； (54) 以目标方程与测量点数据为依据，计算对应的匹配变换最优解； (55) 令匹配变换最优解作用于初始加工指令，生成匹配后的加工指令，所述初始加工 指令是工件在理想定位情况下根据面形生成的加工指令； (56) 向工位切换气缸供气，使气缸的运动部回收，达到加工工位，机床数控系统依据加 工指令，完成对工件的加工。
【专利摘要】本发明属于抛光机床领域，尤其涉及到一种用于高精度抛光机床的工件自寻位装置及加工方法。高精度抛光机床的工件自寻位装置，安装在数控机床上，包括测头运动机构和高精度测头；所述测头运动机构由工位切换气缸、测头固定座、气缸转接板组成；所述工位切换气缸分为运动部、固定部；所述气缸转接板通过螺钉锁紧在固定部上，并与数控机床上的抛光工具总成固连；固定部与运动部进行活动连接；所述运动部分的下端安装有测头固定座，所述高精度测头通过螺钉安装在测头固定座上。本发明通过气缸的使用而具有测量与加工两个工位，测量时气缸将测头放下，加工时气缸将测头收起，从而可以在不影响加工的前提下保证测量的物理位置需求。
【IPC分类】B24B13/005, B24B13/00, B24B47/14, B24B49/00
【公开号】CN105252376
【申请号】CN201510661506
【发明人】彭小强, 胡皓, 阳灿, 戴一帆, 关朝亮, 石峰
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月14日