[发明专利]加工机探针测量系统及方法

权利要求书

1.一种加工机探针测量系统，用于在数控机床CNC加工机内，取点测量工件的尺寸，其特征在于，该系统包括：

控制模块一，用于控制CNC加工主轴到换针架中的探针的上方并吸取探针再放入换针架中，记录更换探针时的三维机械坐标及吸盘的吸取力道；

控制模块二，用于控制CNC加工主轴根据用户选择的工件类型按照记录的更换探针的三维机械坐标及吸取力道，通过吸盘从换针架中吸取相应的探针；

取点测量模块，用于探针被吸取后，在三维机械坐标系下，接触各个接触点并测量其三维机械坐标，所述接触点是工件上探针待测量的目标点；

创建工件坐标系模块，用于当所有接触点测量完毕后，根据测量的多个接触点的实际三维机械坐标和用户根据工件所选择的元素类型创建三维工件坐标系；

计算模块，用于在三维工件坐标系下，计算所有接触点的实际三维工件坐标；

所述计算模块，还用于计算所有接触点的实际三维工件坐标与理论三维工件坐标的偏差值，所述接触点的理论三维工件坐标是由接触点的理论三维机械坐标转换得到的；

校正模块，用于将所述三维工件坐标系下的偏差值转换成三维机械坐标系下的偏差值，并补偿给CNC加工机来校正工件的尺寸。

2.如权利要求1所述的加工机探针测量系统，其特征在于，所述取点测量模块接触各个接触点并测量其三维机械坐标包括步骤：

点计算步骤一，在三维机械坐标系下，根据当前点的三维机械坐标计算第一安全面点，根据待测的接触点的理论三维机械坐标计算第二安全面点、接近点的三维机械坐标，所述当前点是探针准备测量接触点时所在的某个任意位置，所述安全面是预设的一个平面，该平面平行于CNC工作台并与其有预设距离，所述第一安全面点是当前点在安全面上的投影点，所述接近点是与要测量的接触点的距离很小的一个指定点，所述第二安全面点是接近点在安全面上的投影点；

驱动步骤，驱动CNC加工主轴使探针在安全面上从第一安全面点高速移动到第二安全面点，再减速移动到接近点；

测量步骤，当探针上的测力感应元件感应到工件时，利用CNC加工机的X、Y、Z轴上的光学尺测量接触点的实际三维机械坐标；

点计算步骤二，根据接触点的实际三维机械坐标计算所述接触点对应的回弹点和第三安全面点的实际三维机械坐标，所述回弹点是测量完毕后，从接触点回弹一定距离的指定点，所述第三安全面点是回弹点在安全面上的投影点；

返回步骤，利用三轴的线性马达使探针从接触点到回弹点，最后回到第三安全面点。

3.如权利要求2所述的加工机探针测量系统，其特征在于，当探针上的测力感应元件没有感应到工件时，使探针沿着接触点所在面的法线的负方向移动预设距离，所述法线的负方向是指从接近点指向接触点方向；

当探针上的测力感应元件感应到工件时，进入测量步骤；

当探针上的测力感应元件没有感应到工件时，不再测量该接触点，进行下一个接触点的测量。

4.如权利要求1所述的加工机探针测量系统，其特征在于，所述创建工件坐标系模块创建三维工件坐标系包括步骤：

拟合步骤，利用所测的所有接触点并结合拟合算法拟合用户所选的元素类型；

投影步骤，将所拟合的元素类型投影到第二基准面上，并记录每个投影点，所述第二基准面是根据所测的接触点拟合得到的面且与基准面的误差最小，所述基准面是预设面；

创建步骤，利用所述第二基准面上的所述投影点拟合两条相互垂直并相交的直线，其中一条直线作为X轴，另一条直线Y轴，相交点为原点，在垂直所述第二基准面的法线方向上拟合一条直线作为Z轴。

5.如权利要求4所述的加工机探针测量系统，其特征在于，在投影步骤之前还包括：

当所拟合的元素类型中没有第二基准面时，从所测的接触点中选取至少三个不共线的接触点来拟合一个平面；

校正所拟合的平面直至为所述第二基准面。

6.如权利要求4所述的加工机探针测量系统，其特征在于，所述的拟合算法是最小二乘法及牛顿迭代法。

7.如权利要求1所述的加工机探针测量系统，其特征在于，所述的元素类型是圆、线、面及圆柱。

8.如权利要求1所述的加工机探针测量系统，其特征在于，根据用户选择的工件类型，CNC加工主轴自动更换所需的探针及刀具。