[发明专利]圆度误差在线测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及圆度测量领域，特别涉及一种圆度误差在线测量系统及测量方法。

背景技术

圆度误差是指回转体的同一正截面上实际轮廓相对于理想圆的变动量。机械零件回转表面轮廓的圆度误差对机器和仪器的功能有直接的影响。它是高精度回转体零件的一项重要精度指标，也是检验回转体类零件加工质量的重要指标之一。圆度误差是机械零部件的一项重要参数，对其测量是一个复杂、重要的工作。目前对其测量是应用圆度仪和三坐标测量仪。在进行圆度测量时需要将被测工件从加工台上取下，再夹装到测量仪上进行测量。反复的夹装不但会引起重复定位误差，而且使得生产效率低，无法满足现代化高速生产的要求。

现有技术中的在线测量系统通常包括数控系统、伺服系统、机床本体、计算机、测头系统、系统接口和被测工件。其工作原理是:首先在计算机上生成自动测量宏程序，并将测量宏程序由通讯接口传输给数控机床，从而使机床伺服系统驱动工作部件，带动测头对被测件按测量宏程序要求产生测量动作；然后测头对被测工件进行测量时发出触发信号，通过测头与数控系统的专用接口转变为数控系统可识别的信号，并由数控系统即时记录测点的坐标，同时按宏程序执行下一步动作；最后在计算机软件控制下，对测量结果进行计算、补偿、数据库链接及可视化等各项数据处理工作，直至完成全部测量工作。其系统结构复杂、成本高，软件开发难度高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产效率高、系统结构简单、成本低，开发难度低的圆度误差在线测量系统及测量方法。

根据本发明的一个方面，提供了圆度误差在线测量系统，包括工作台，能够固定被测工件，

可移动的主轴，其上安装有寻边器，用以测量被测工件边缘的采样点坐标，

伺服系统，与工作台和主轴连接，用以控制主轴移动使寻边器触碰被测工件的边缘，和

数控系统，记录被测工件边缘的采样点坐标数据，处理该数据得到被测工件的圆度误差。

本发明的圆度误差在线测量系统省去了系统接口、计算机，简化了测量装置，将由计算机完成的测量程序生成、测量数据处理、结果显示等任务完全由数控系统来完成。同时该系统不需要采用专用检测设备和测量软件，无须取下被测工件，直接在加工完成后对被测工件的圆度误差进行测量。操作方便、简单，提高了加工效率，系统结构简单、成本低。

在一些实施方式中，寻边器采用光电式寻边器。光电式寻边器成本低、定位准确使用方便。

根据本发明的另一个方面，提供了圆度误差在线测量方法，该方法用于上述圆度误差在线测量系统，包括如下步骤：

1）测量准备：将寻边器固定在主轴上；

2）寻边采样：伺服系统控制主轴带动寻边器移动接触被测工件的边缘，寻边器与被测工件的接触点即为采样点，数控系统自动记录第一采样点的坐标值，移动寻边器在被测工件的边缘测量出多个采样点坐标值；

3）圆度误差计算：数控系统自动记录并根据测量出的多个点的坐标值计算出被测工件的圆度误差。

该圆度误差在线测量方法通过寻边器定位并采样被测工件边缘的多点坐标到数控系统，再由数控系统计算得到被测工件的圆度误差，极大的发挥数控系统的运算功能。编制测量宏程序和数据处理程序，不必要通过开发专业的测量数据处理软件，得以使方法简单适用，提高了加工工件的生产效率。

在一些实施方式中，步骤3）包括如下步骤：

a、记录采样点坐标：数控系统自动记录测量出的多个点的坐标值；

b、计算最小二乘圆的圆心坐标：根据各点坐标值计算出被测工件的最小二乘圆的圆心坐标；

c、计算ε_i值：计算各测量点到最小二乘圆圆心的径向距离ε_i；

d、找出ε_imax和ε_imin：找出ε_i中的最大值ε_imax和最小值ε_imin；

e、得出圆度误差值：最大值ε_imax和最小值ε_imin之差即为被测工件的圆度误差。

数控系统通过上述函数运算得到被测工件的几何元素，处理过程简单，工作效率高。

在一些实施方式中，步骤2）中寻边器与被测工件的接触为极限接触。极限接触即进一步即指示灯被点亮，退一步则指示灯熄灭。有利于更精准地测量工件边缘的坐标。