[发明专利]一种数控机床在机检测测头及检测系统

说明书

技术领域

本发明属于先进测量和检测技术领域，具体涉及一种用于数控机床在机检测的测头及检测系统。

背景技术

随着工业自动化的不断发展，自由曲面类工件在航空、汽车等工业领域有着越来越广泛的应用，其对数控机床的加工精度和质量检测精度的要求也日益提高。

目前在工业过程中使用的检测工具多为三坐标测量机，造价昂贵，操作复杂，而且这种传统的手工测量和离线测量由于存在着耗时长、需要二次定位等问题，无法将加工与检测有效的结合起来，已经不能满足日益增长的检测需求。

在机检测系统可以很好的解决上述问题。所谓在机检测系统是指在数控机床上集成测头和专用软件模块实现工件的自动定位，质量评估等功能的在机系统。该系统可大大的节约加工辅助时间，减少工件的报废率，对企业生产具有重要意义。

目前在国内，很多高校和一些科研单位在从事相关方面的研究。天津大学何改云教授申请专利名称为：“一种复杂空间型面在机质量检测系统”，其专利申请号为CN101342664。大连海事大学马孜等申请专利名称为：“数控加工中心在机三维形面检测系统”，其专利申请号为101968344A。河北科技大学杨光发明的专利名称为：“一种用于数控在机测量的密集输入集成块”，其专利申请号为CN101758425A。

上述的发明原理十分相似，都是通过在数控机床上加装测头对工件进行在位测量。通过数控系统获得其测量数据，然后通过一些软件和算法分析测量结果，给出加工指导意见。

机床测头是整个在机检测系统的关键组成部分，其精度很大程度上影响整个测量系统的精度。在国际上，以英国的Renishaw公司为代表，该公司于1977年在汉诺威欧洲机床展览会上展出第一款机床测头，产生了深远的影响。该公司在中国申请专利名称为“接触式传感测头”，其中国专利申请号为：CN86105617。日本株式会社三丰制作所也在中国申请了专利，名称为：“接触信号测头”，其中国专利申请号为：CN85107033。其他计量公司也有相关产品问世，如意大利Marposs公司的MIDA系列测头。德国m&h公司，blum公司等相关企业也有同类产品问世。在国内，哈尔滨先锋机电有限公司为该公司测头申请了专利，专利名称为：“触发式三维测头”，其申请号为201020044796.8。

对于机床测头，其主要作用是精确判断测针与待测工件表面的接触时刻，并通知数控机床及时所存此时主轴坐标。通过对现有机床接触式测头产品的分析，其工作原理如下：在测头内部有一个闭合的有源电路，该电路与一个触发机构相连接，只要触发机构产生触发动作，就会引起电路状态变化并发出信号，指示测头的工作状态；触发机构产生触发动作的唯一条件是测头的测针产生微小的摆动或向测头内部移动，当测头连接在机床主轴上并随主轴移动时，只要测针上的触头在任意方向与工件表面接触，使测针产生微小的摆动或移动，就会形成触发，其触发信号为开关信号。

在实际使用过程中，此种触发式测头存在着一定的弊端。

第一，其测量效率不高。在机检测过程中，当测头顶端发出触发信号传递给数控系统，数控系统将其作为优先级较高的中断进行处理，假设数控系统扫描到触发信号到控制机床主轴完全停止运动的时间为t，此时机床的主轴进给速度为v，其运动行程L＝v*t。L也是后期处理时需要补偿的误差。对于目前的触发式测头来讲，为保证精度，其中间预留的安全行程往往较小，当L达到一定值时，测头会被撞坏。所以，目前在机检测中使用触发式测头在测量过程中进给速度往往较低，严重影响了测量效率。

第二，测量误差难以补偿。接触式测头的预行程误差是不可避免的，该误差为从测球接触到工件表面到测头发出触发信号时的位移量，也可以表达为测杆为克服弹簧预紧力以及测头各部件所产生弹性变形的总和，设其为L₁。由于不同的材料、不同的结构会导致这种误差的非规律性，所以目前常用的方法是使用标准球实验对其进行标定。只能减少这种误差但却无法消除它。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控机床在机检测头，提高了测量效率和精度。

本发明的另一目的在于提供一种应用上述测头的数控机床在机检测系统，提高了测量效率和精度。

数控机床在机检测测头，包括测杆和用于引导测杆作竖直直线运动的导向机构，测杆顶部设有弹性复位机构，靠近测杆处设有直线位移传感器。