一种基于数控车床的双向在线检测装置及方法与流程

1.本发明属于车床加工工艺技术领域，具体涉及一种基于数控车床的双向在线检测装置及方法。


背景技术：

2.随着我国社会经济的快速发展，进而使得人们生活水平的逐步提高，而现代化的制造业作为各行各业的基础性支撑行业，也随着社会经济的发展，进入了长久的快速发展期。随之而来的，对于制造业设备功能和制备质量的要求也在逐步提高，进而促进制造业的产业研发。
3.数控车床作为制造业的核心生产设备之一，在产品生产制备过程中使用较为普遍，而在现有车床加工过程中，尤其是工序复杂且外径较大的大型工件，需要准确检测工件在加工过程中的特征，以确保工件在整个生产制备过程中每个加工步骤的准确性。
4.现有的数控车床通常是二轴机床(x、z轴)，而在针对大型工件的加工过程中，目前现场的在线检测大都采用单个测头进行单边检测。单边检测时需将工件轴线同主轴与尾座轴线调整至重合，该工作往往通过人工操作，很难实现二者高精度重合。当工件与主轴轴线不重合时，检测值与实际值存在偏差，误差一般由数控程序进行补偿从而加工出合格的产品。并且，作为二轴机床，数控车床缺少y轴。在数控车床的在线检测过程中，测头检测点与工件轴线应保持等高。若测头检测点与工件轴线不等高，则检测点并未到达直径两端位置，进而使得检测结果小于工件实际尺寸，造成检测误差，高度差越大，检测误差越大。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种基于数控车床的双向在线检测装置及方法，能够实现检测装置和工件轴线的对准，确保检测装置能够在工件直径处准确测量工件的尺寸，减少检测过程中所存在的误差。
6.为实现上述目的，本发明提供一种基于数控车床的双向在线检测方法，其采用带有测头的检测装置实现对工件的检测，包括如下步骤：
7.确定工件的检测特征，并记录所述检测特征的理论数值；
8.根据检测特征调整检测装置的检测形式，并根据所述理论数值设计找正工序；
9.将检测装置运行至工件的找正位置，根据找正工序调整测头高度以对准所述工件的实际轴线；
10.保持所述测头对准后的高度，测量所述工件检测特征的实际数值。
11.作为本发明的进一步优选，所述设计找正工序包括如下步骤：
12.根据所述理论数值判断确定理论检测位置时所述工件的理论尺寸；根据理论尺寸确定找正区间；根据找正点数公式计算找正区间内找正点数及各所述找正点所对应的理论高度；
13.其中，所述找正点数公式为：
14.当r≥6h时，
[0015][0016]
当r《6h时，
[0017]
a＝6
[0018]
其中，r为理论检测位置的理论尺寸；h为找正区间的高度范围；a为找正区间内的找正点数。
[0019]
作为本发明的进一步优选，所述找正区间的高度范围h属于0.1r～0.2r。
[0020]
作为本发明的进一步优选，所述根据找正工序同步调整测头高度呈现为如下过程：
[0021]
同步调整工件两侧的测头高度，依次到达找正点所对应的理论高度，并通过两所述测头的同步伸缩测量依次测量各个找正点对应工件的实际尺寸；计算所述工件理论尺寸分别与各个所述实际尺寸的差值；找到差值最小的所述实际尺寸，并判断所述最小差值是否小于误差阈值；若所述最小差值大于所述误差阈值，则重新选取所述高度范围；若所述最小差值不大于所述误差阈值，则确定该找正点所对应的实际高度为所述工件的所述轴线高度。
[0022]
作为本发明的进一步优选，所述误差阈值属于0.1h～0.2h。
[0023]
作为本发明的进一步优选，测量所述工件检测特征的实际数值，并与所述工件理论尺寸进行对比，得到所述工件对于所述工件检测特征的补偿值。
[0024]
作为本发明的进一步优选，所述检测特征为外圆直径、内孔直径、曲线尺寸、曲线曲率、锥度参数中的一种或多种。
[0025]
本发明还公开了一种基于数控车床的双向在线检测装置，利用上述的基于数控车床的双向在线检测方法检测工件的外侧尺寸，其包括：两个伸缩组件；其可分别设置在所述工件两侧的车床刀架上，所述车床刀架用于驱动所述伸缩组件在水平面上的移动；所述伸缩组件上设置有朝向工件的测头，所述测头可在所述伸缩组件的驱动下实现垂向运动。
[0026]
作为本发明的进一步优选，所述伸缩组件为丝杆或液压伸缩杆。
[0027]
本发明还公开了一种基于数控车床的双向在线检测装置，利用上述的基于数控车床的双向在线检测方法检测工件的内侧尺寸，其包括：运动组件；其可设置在车床刀杆端部，该运动组件包括垂向运动单元和横向运动单元，所述横向运动单元设置在所述垂向运动单元上，用于驱动所述横向运动单元的垂向运动；所述横向运动单元两端设置有伸缩杆，并在伸缩杆端部设置有测头，用于在横向伸缩后测量所述工件尺寸。
[0028]
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
[0030]
(1)本发明的一种基于数控车床的双向在线检测装置及方法，其根据工件的检测特征及检测特征所对应的理论值，确定检测装置的检测形式以及对应找正工序，进而使得工件的检测装置能够对准工件的实际轴线，使得整个工件多检测特征的在线检测都能够避免由于检测装置和工件实际轴线不对准所带来的尺寸误差，确保工件实际检测特征检测的
准确，为工件加工补偿量的计算提供准确的数据支撑。
[0031]
(2)本发明的一种基于数控车床的双向在线检测装置及方法，其根据检测特征的理论数值确定找正区间的高度范围，并通过找正点数公式确定找正区间内的找正点数，以及具体的找正点对应的理论高度值，使得检测装置能够准确运行到指定的找正点所对应的理论高度，并依次测量找正点所处的实际数值，进而确定工件的实际轴线高度。
[0032]
(3)本发明的一种基于数控车床的双向在线检测装置及方法，通过在找正过程中设置误差阈值，并通过判断找正点测量过程中各个找正点测量得到的工件实际尺寸和理论数值的差值是否小于误差阈值，准确判断找正区间是否准确，通过该找正工序找到的工件实际轴线的准确性，进而确保工件实际尺寸检测的准确性。
[0033]
(4)本发明的一种基于数控车床的双向在线检测装置及方法，结构简单，适用范围广，采用工件双向同时检测的方式检测工件的方式，避免由于工件轴线和车床轴线不重合所带来的检测误差，并通过设计对准检测装置和工件实际轴线的找正工序，使得检测装置能够准确对准工件实际轴线，检测装置能够检测到工件准确的实际尺寸，进而确保根据检测实际尺寸后能够准确计算出工件加工的补偿量，以加工出符合精度要求的工件，具有优良的经济效益和推广价值。
附图说明
[0034]
图1是本发明中一种基于数控车床的双向在线检测方法的流程图；
[0035]
图2是本发明中一种基于数控车床的双向在线检测方法的设计找正工序流程图；
[0036]
图3是本发明中一种基于数控车床的双向在线检测方法的找正调整流程图；
[0037]
图4是本发明中一种基于数控车床的双向在线检测装置的外径检测右视图；
[0038]
图5是本发明中一种基于数控车床的双向在线检测装置的外径检测俯视图；
[0039]
图6是本发明中一种基于数控车床的双向在线检测装置的内径检测剖视图；
[0040]
图7是本发明中另一种t型测头基于数控车床的双向在线检测装置内径检测剖视图。
[0041]
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
[0042]
1、检测模块；11、移动组件；12、支架；13、伸缩架；14、测头；2、床身；3、工件。
具体实施方式
[0043]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0044]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0045]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0046]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0047]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0048]
实施例：
[0049]
如图1～3中所示，本技术优选实施例中的基于数控车床的双向在线检测装置及方法，主要用于在车床加工工件3后，实现检测装置和工件3轴线的对准，进而实现工件3加工过程中或加工后对工件3的关键参数的准确检测，为工件3补偿加工提供关键数据，尤其是大型工件3，以确保工件3的加工质量。
[0050]
具体而言，如图1中所示，本技术优选实施例中，基于数控车床的双向在线检测方法，其采用带有测头的检测装置实现对工件的检测，包括如下步骤：
[0051]
s1、确定工件3在检测特征，并记录检测特征的理论数据；
[0052]
s2、根据检测特征调整检测装置的检测形式，并根据理论数值设计找正工序；
[0053]
s3、将检测装置运行至工件3的找正位置，根据找正工序调整测头14高度以对准工件3的实际轴线；
[0054]
s4、保持测头14对准后的高度，测量工件3检测特征的实际数值。
[0055]
进一步地，在步骤s1中，根据工件3的加工过程中涉及到的加工面，检测特征优选为外圆直径、内孔直径、曲线尺寸、曲线曲率、锥度参数的一种或多种。
[0056]
进一步地，在步骤s2中，调整检测装置的检测形式主要是根据检测特征选择检测装置采用从工件3两侧向沿径向工件3轴线运动或从工件3内孔沿径向相背离工件3轴线运动，使得检测装置能够针对不同工件3的检测特征，调整检测装置自身的检测过程，进而确保检测装置能实现检测特征实际参数的检测。
[0057]
进一步优选地，如图2中所示，步骤s2中的设计找正工序包括如下步骤：
[0058]
s211、根据理论数值判断确定理论检测位置时工件3的理论尺寸；
[0059]
s212、根据理论尺寸确定找正区间；
[0060]
s213、根据找正点数公式计算找正区间内找正点数及各找正点所对应的理论高度。
[0061]
优选地，该找正点数公式为：
[0062]
当r≥6h时，
[0063][0064]
当r《6h时，
[0065]
a＝6
[0066]
其中，r为理论检测位置的理论尺寸；h为找正区间的高度范围；a为找正区间内的找正点数。
[0067]
为了适应对较大直径的检测需求，在本技术优选实施例中，找正区间的高度范围h属于0.1r～0.2r。即可以理解为，当h不大于0.2r且大于r/6时，找正区间内的找正点数a为6个；而当h不小于0.1r且不大于r/6时，找正区间内的找正点数a通过找正点数公式确定找正区间内的找正点数a。
[0068]
进一步优选地，如图3中所示，步骤s2中根据找正工序同步调整测头14高度包括如下步骤：
[0069]
s221、同步调整工件3两侧的测头14高度，依次到达找正点所对应的理论高度，并通过两所述测头14的同步伸缩测量依次测量各个找正点对应工件3的实际尺寸；
[0070]
s222、计算所述工件3理论尺寸分别与各个所述实际尺寸的差值；
[0071]
s223、找到差值最小的所述实际尺寸，并判断所述最小差值是否小于误差阈值；
[0072]
s224、若所述最小差值大于所述误差阈值，则重新选取所述高度范围；
[0073]
s225、若所述最小差值不大于所述误差阈值，则确定该找正点所对应的实际高度为所述工件3的所述轴线高度。
[0074]
优选地，误差阈值优选为0.1h～0.2h，以尽可能的确保检测轴能够最大限度的对准工件3的实际轴线。
[0075]
进一步优选地，通过检测装置检测得到工件3的检测特征实际数值后，将其和与工件3理论尺寸进行对比，得到工件3对应工件3检测特征的补偿值。通过该补偿值进一步加工工件3，使得工件3符合尺寸精度要求。
[0076]
由于在装夹过程中，无法保证工件3的实际轴线和机床转轴的实际轴线完全重合，工件3实际轴线和机床实际轴线显然存在沿x轴和/或y轴上的偏移角，且随着工件3沿z轴方向上的延伸，远离装夹段的工件3相对于机床转轴的偏移误差越大。而为了避免由于轴线偏离所带来的持续误差，在本技术一个优选实施例中，将工件3沿z轴方向划分为若干个监测区间，并对每个区间单独确定实际轴线在x轴和y轴上的偏移。
[0077]
具体而言，对于一个单独区间，通过设计对应该区间内的找正工序，驱动该区间内的实际轴线y轴高度，以确定该区间内的工件3实际轴线相对于车床轴线的在y轴方向上的偏移；之后，在找正高度上，通过水平两侧延伸(检测外圆时，检测装置从x轴方向两侧向中间延伸；检测内径时，检测装置深入内孔中，从x轴中间出发向两侧延伸)的方式测量工件3，分别测量检测装置到工件3两侧的尺寸，由于工件3实际轴线在x轴方向上存在偏移，因此，此时测量得到的工件3两侧尺寸均不等于工件3理论尺寸，并通过工件3理论尺寸分别与工件3两侧尺寸差值的绝对值技术差值，该差值为工件3在该区间内工件3实际转轴和机床实际转轴之间的x轴偏移量。
[0078]
进一步地，通过连续测量多个区间各自对应的x轴和y轴的偏移量以及各个单独区
间内找正点的位置，进而确定工件3实际轴线相对于车床实际轴线之间的偏移角，以便于构建计算工件3的加工补偿值。
[0079]
进一步地，在本技术一个优选实施例中，还公开一种基于数控车床的双向在线检测装置，运用上述基于数控车床的双向检测方法以检测工件3的外侧尺寸，即检测工件3的外径，该检测装置包括至少两个带有测头14的伸缩组件，该伸缩组件可分别固定安装在工件径向两侧的车床刀架上，通过该车床刀架带动伸缩组件实现x轴和/或z轴上的运动。伸缩组件沿y轴设置在车床刀架上，且该伸缩机构的伸缩部件设置有沿y向延伸的测头14，使得测头14能够沿实现在y轴上的运动，同时，通过设置在伸缩机构上的测量部件实时测量测头14在y向的位置。优选地，伸缩组件为丝杆或液压伸缩杆。
[0080]
在实际工作过程中，车床完成对工件3的加工，车床刀架转动将伸缩组件切换至朝向工件3方向(即测头14沿x轴水平朝向工件)，根据找正工序依次调整工件3两侧伸缩组件的x轴和y轴位置，测量找正点位置处的工件3尺寸，完成测头14和工件3实际轴线的对准。之后通过车床刀架带动伸缩组件沿z轴移动，完成对工件3完整尺寸的测量。
[0081]
进一步地，在本技术另一个优选实施例中，还公开了一种基于数控车床的双向在线检查装置，运用上述基于数控车床的双向检测方法以检测工件3的内侧尺寸，即检测工件3的内径。该检测装置包括运动组件，该运动组件可设置在车床刀杆端部，且在该运动组件上设置有测头14，以通过车床刀杆的运动实现运动组件和测头14在z轴上的运动。同时，运动组件包括垂向运动单元和横向运动单元，优选地，垂向运动单元固定在车床刀杆端部，横向运动单元固定安装在垂向运动单元的运动端，并在横向运动单元的横向两端均设置有伸缩杆，且在伸缩杆的两端均设置有测头14，进而通过垂向运动单元和横向运动单元分别实现在测头14在x轴和y轴方向上的运动。进一步优选地，在该横向运动单元和垂向运动单元均设置有测量部件，实时测量测头14的位置。此外，如图4～7中所示，在本技术另一个优选实施例中，还公开了一种基于数控车床的双向在线检测装置，其运用上述基于数控车床的双向在线检测方法以检测工件3，包括成对设置的两个相同的检测模块1，该检测模块1包括移动组件11和测量组件。其中，移动组件11设置在床身2顶端面上，用于带动检测模块1在床身2顶端面上运动。测量组件包括设置在移动组件11上的之间、伸缩架13和测头14，伸缩架13移动安装在支架12上，用于实现测量组件在x轴和y轴上的位置调整，并且在支架12和伸缩架13上还设置有测量传感器，用于实时测量所述位置调节参数；同时，在伸缩架13上设置有带有接触传感器的测头14，用于实时判定测头14是否接触工件3。
[0082]
进一步地，移动组件11通过采用滑块滑槽的方式提供导向，并通过设置在滑槽内的驱动轮实现移动组件11的移动。也可以通过液压缸推杆、丝杠等结构实现移动组件11的驱动。优选地，在床身2顶端面上设置有u型的滑槽，滑槽的开口端朝向车床转轴，两侧槽体分设在工件3外侧，使得检测外径时，检测模块1能够沿两侧滑槽运行到工件3两侧，而在检测内径时，检测模块1能够运行到工件3端部，使得检测模块1能够伸入内孔中检测工件3内径。
[0083]
进一步优选地，在本技术优选实施例中，支架12沿y向竖直安装到移动组件11上，在支架12和移动组件11之间设置有转动构件，以实现支架12沿y轴转动。且该支架12上沿y向设置有丝杠，伸缩架13的一端固定安装在该丝杆滑动块上，其另一端沿水平方向延伸，使得伸缩架13能够在丝杠的带动下沿y轴上下运动。该伸缩架13上则至少设置有一个转动构
件，并在该转动构件的两侧均至少设置有一个伸缩构件，实现该伸缩件能够在水平面内的伸缩运动。进一步地，测头14固定安装在该伸缩架13背离支架12的端部。
[0084]
在实际使用过程中，当需要检测工件3外径时，将两检测模块1运行至工件3两侧槽体处，通过支架12和移动组件11之间的转动构件转动支架12，使得伸缩架13对准工件3待检测面，之后根据找正工序，多次测量各个找正点位置所对应的实际尺寸，并通过比较实际尺寸和理论尺寸之间的差值最小的找正点，实现测头14和工件3轴线之间的对准。当需要检测工件3内径时，检测模块1沿滑槽运行至工件3背离机床转轴的端部，通过支架12和移动组件11之间的转动，使得伸缩架13能够朝向工件3轴线；之后通过伸缩架13上的伸缩构件使得位于伸缩架13端部的测头14伸入待测通孔内(此时，测头14朝向工件3理论轴线)，再通过设置在伸缩架13上的转动构件，使得测头14在水平面内呈90度旋转，之后通过设置在测头14和转动构件之间的伸缩构件实现测头14沿水平方向上的伸缩，以便于实现对工件3内径的测量。
[0085]
进一步优选地，如图7中所示，当仅仅需要检测工件3内径时，可以将伸缩架13端部设置为t型结构，该t型结构两端水平布置，并分别依次设置伸缩构件和测头14，进而仅需要设置支架12就能够实现对工件3内径的检查。
[0086]
进一步地，在本技术优选实施例中，该检查装置还设置有处理模块，该处理模块分别和移动组件11、支架12、伸缩架13和测头14电连接，用于根据检测特征及理论数值生成控制指令，以事实采集和/或控制检测模块1的运动、采集。
[0087]
进一步优选地，该检测装置还设置有交互终端，该交互终端和处理模块电连接，用于输入检测特征的理论数值和/或输入控制指令。
[0088]
本发明中的一种基于数控车床的双向在线检测装置及方法，结构简单，适用范围广，采用工件3双向同时检测的方式检测工件3的方式，避免由于工件3轴线和车床轴线不重合所带来的检测误差，并通过设计对准检测装置和工件3实际轴线的找正工序，使得检测装置能够准确对准工件3实际轴线，检测装置能够检测到工件3准确的实际尺寸，进而确保根据检测实际尺寸后能够准确计算出工件3加工的补偿量，以加工出符合精度要求的工件3，具有优良的经济效益和推广价值。
[0089]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。