CN107830826A - 两轴摆动头***与两轴摆动头的误差检测方法 - Google Patents

两轴摆动头***与两轴摆动头的误差检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种两轴摆动头***与两轴摆动头的误差检测方法，所述方法包括：提供线性位移传感器，将所述线性位移传感器的第一端通过球铰副连接于设于机器平面的连接结构，将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或间接连接所述摆动头的刀头；驱动所述摆动头的刀头变换不同的测试姿态；并分别监测得到所述线性位移传感器的第二端在不同测试姿态下的监测位置数据；根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差结果。

Description

两轴摆动头***与两轴摆动头的误差检测方法
技术领域
本发明涉及切割机，尤其涉及一种两轴摆动头***与两轴摆动头的误差检 测方法。
背景技术
五轴联动的水射流切割或激光切割技术中，XYZ正交三轴运动的基础上 另附一个两轴的摆动头，从而实现五轴联动切割，这样的***可以切割三维的 直纹面。
这种两轴的摆动头通常以水射流或激光与工件的接触点为转动中心，这样 在加工过程中摆动头的偏摆运动不会造成刀头偏离切割路径，这种两轴的摆动 头也可以称为球铰型两轴摆动头。要实现以水射流或激光与工件的接触点为转 动中心，两根运动轴的轴线理论上应该相交于水射流或激光与工件的加工接触 点，但由于制造误差，两根轴线不一定完全相交，即使相交，交点与水射流或 激光与工件的接触点也不一定完全重合，这样在加工过程中摆动头的偏摆运动 会造成刀头偏离切割路径而带来一定的误差，误差值与制造精度相关，一般会 小于1毫米。由于该误差呈现三维空间分布的情况，给误差的测量带来困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何对两轴摆动头的误差进行检测。
根据本发明的第一方面，提供了一种两轴摆动头的误差检测方法，包括：
提供线性位移传感器，将所述线性位移传感器的第一端通过球铰副连接于 设于机器平面的连接结构，将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或 间接连接所述摆动头的刀头；
驱动所述摆动头的刀头变换不同的测试姿态；并分别监测得到所述线性位 移传感器的第二端在不同测试姿态下的监测位置数据；
根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差结果。
可选的，所述将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或间接连接 所述摆动头的刀头，包括：
将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或间接连接所述摆动头 的刀头，且所述线性位移传感器的第二端初始设置于所述摆动头的加工接触点 的位置。
可选的，所述驱动所述摆动头的刀头变换不同的测试姿态，包括：
驱动所述摆动头的刀头以所述两轴摆动头的加工接触点的位置不变的方 式，变换不同的测试姿态；
所述对应的预设理论数据包括所述加工接触点的固定的理论点位置数据；
所述根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差结果，包括：
比较所述监测位置数据与所述理论点位置数据，得到所述误差结果。
可选的，所述变换不同的测试姿势，包括：
驱动所述摆动头的刀头偏转倾斜角度；
驱动所述摆动头的刀头在保持所述倾斜角度的情况下，绕竖直方向做周向 旋转；
重复以上步骤，分别在N种倾斜角度的情况下，分别绕竖直方向做周向 旋转，其中，N为大于等于1的任意整数。
可选的，所述摆动头的两个轴线具有交点，且所述加工接触点为所述交点。
可选的，所述误差结果包括以下至少之一：X方向的误差、Y方向的误差， 以及Z方向的误差。
根据本发明的第二方面，提供了一种两轴摆动头***，包括误差检测处理 器、线性位移传感器、第一轴机构、第二轴机构、刀头以及控制器；所述控制 器通过所述第一轴机构驱动所述刀头绕第一轴旋转，通过所述第二轴机构驱动 所述刀头绕第二轴旋转；所述线性位移传感器的第一端通过球铰副连接于设于 机器平面的连接结构，第二端通过球铰副直接或间接连接所述刀头；
所述控制器还用于通过所述第一轴机构和第二轴机构驱动所述摆动头的 刀头变换不同的测试姿态；
所述线性位移传感器用于监测得到所述线性位移传感器的第二端在所述 刀头处于不同测试姿态下的位置数据；
所述控制器用于根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差 结果。
可选的，所述线性位移传感器的第二端初始设置于所述两轴摆动头的两轴 线交点的位置；
所述控制器具体用于：
驱动所述摆动头的刀头以所述两轴摆动头的加工接触点的位置不变的方 式，变换不同的测试姿态；
所述对应的预设理论数据包括所述加工接触点的固定的理论点位置数据；
所述控制器还具体用于：比较所述监测位置数据与所述理论点位置数据， 得到所述误差结果。
可选的，所述第一轴与第二轴具有交点，且所述加工接触点为所述交点。
可选的，所述第一轴沿竖直向，所述第二轴具有水平向分量与竖直向分量。
可选的，所述第一轴具有水平向分量与竖直向分量，所述第二轴沿水平向。
可选的，所述第一轴和第二轴均具有水平向分量与竖直向分量。
本发明为实现误差的检测，引入了线性位移传感器，其中，线性位移传感 器的一端位置相对固定，另一端位置初始设置于两轴线的交点位置，在驱动摆 动头进行测试姿态变化时，可以通过线性位移传感器的检测得到监测位置数 据，进而可以确定摆动头的误差。
附图说明
图1是本发明一实施例中两轴摆动头的误差检测方法的示意图；
图2是本发明一实施例中两轴摆动头***的示意图；
图3是本发明另一实施例中两轴摆动头***的示意图；
图4是具体实施方式中，两款摆动头分别倾斜一定的锥角并作周向360 度旋转时所测量的转动中心误差：
图中，1-第一轴机构；2-第二轴机构；3-刀头；4-线性位移传感器；5、6- 球铰副；7-误差检测处理器；8-控制器；9-连接结构；10-机器平面；11-第一 轴；12-第二轴；13-四边形联动机构。
具体实施方式
以下将结合图1至图3对本发明提供的两轴摆动头***与两轴摆动头的误 差检测方法进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技 术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，对其进行修改和润色。
以下所提供的方法和***可应用于任何具有两轴摆动头的装置，具体可以 列举为水切割机，也可应用于激光切割机。
实施例1
请参考图1，本实施例提供了一种两轴摆动头的误差检测方法，包括：
S1：提供线性位移传感器；
S2：将所述线性位移传感器的第一端通过球铰副连接于设于机器平面的 连接结构，将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或间接连接所述摆 动头的刀头；
S3：驱动所述摆动头的刀头变换不同的测试姿态；并分别监测得到所述 线性位移传感器的第二端在不同测试姿态下的监测位置数据；
S4：根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差结果。其 中，所述误差结果可以包括以下至少之一：X方向的误差、Y方向的误差，以 及Z方向的误差。
其中，测试姿态可以理解为包括不同的倾斜角度和位置。所述监测位置数 据可以包括线性位移传感器第二端的三维下的立***置数据，也可以只包括两 维下的平面位置数据，也可以仅包括一维下单一方向的单一位置数据。对应的， 所述误差结果可以仅具有X方向的误差、Y方向的误差，以及Z方向的误差 中的一个、两个或三个。所述误差结果可以指量化的数据本身，也可以指基于 量化数据得到的图纸或模型呈现。
本实施例为实现误差的检测，引入了线性位移传感器，其中，线性位移传 感器的一端位置相对固定，另一端位置初始设置于两轴线的交点位置，在驱动 摆动头进行测试姿态变化时，可以通过线性位移传感器的检测得到监测位置 数据，进而可以确定摆动头的误差。
其中一种实施方式中，所述将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直 接或间接连接所述摆动头的刀头时，即步骤S2，包括：
将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或间接连接所述摆动头 的刀头，且所述线性位移传感器的第二端设置于所述两轴摆动头的加工接触点 的位置。
所述驱动所述摆动头的刀头变换不同的测试姿态，包括：
驱动所述摆动头的刀头以所述两轴摆动头的加工接触点的位置不变的方 式，变换不同的测试姿态；
所述对应的预设理论数据包括所述加工接触点的固定的理论点位置数据；
所述根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差结果，包括：
比较所述监测位置数据与所述理论点位置数据，得到所述误差结果。
其中，以所述两轴摆动头的加工接触点的位置不变的方式，指的是控制器 进行驱动时，是以保持该位置不变的目标下进行驱动控制，然而，在被驱动动 作时，会发生误差，本发明可选方案可以对该误差进行检测。
所述摆动头的两个轴线具有交点，且所述加工接触点为所述交点。
以上实施方式下，以单个点的误差变化作为监测对象，可以有利于以较少 的数据以及便于实现的运动方式，得到更快更准确地监测得到误差判断结果。
其中一种实施方式中，所述变换不同的测试姿势，包括：
驱动所述摆动头的刀头偏转倾斜角度；
驱动所述摆动头的刀头在保持所述倾斜角度的情况下，绕竖直方向做周向 旋转；
其中一种具体的举例中，所述倾斜角度包括1度、5度、10度、20度以 及30度。所述周向旋转的角度为360度。
对于各倾斜角度，在周向角度旋转时，分别测量周向均分的36个旋转位 置下X方向、Y方向和Z方向中至少两个方向的误差。该实施方式实现了均 分的旋转位置检测，使得误差的检测更准确、全面。
重复以上步骤，分别在N种倾斜角度的情况下，分别绕竖直方向做周向 旋转，其中，N为大于等于1的任意整数。
以上方式下，可以使得控制过程更规范化，且尽可能地满足多种姿态的监 测需求。同时，该方式操作较为简单，更利于实现自动化处理，所得到的数据 也易于使用。
实施例2
对应于实施例1示意的两轴摆动头的误差检测方法，请参考图2和图3， 本实施例提供了一种两轴摆动头***，包括误差检测处理器7、线性位移传感 器4、第一轴机构1、第二轴机构2、刀头3以及控制器8；所述控制器8通过 所述第一轴机构1驱动所述刀头3绕第一轴11旋转，通过所述第二轴机构2 驱动所述刀头绕第二轴12旋转；所述线性位移传感器4的第一端通过球铰副 6连接于设于机器平面10的连接结构9，第二端通过球铰副5直接或间接连接 所述刀头3；
所述控制器8还用于通过所述第一轴机构1和第二轴机构2驱动所述摆动 头的刀头3变换不同的测试姿态；
所述线性位移传感器4用于监测得到所述线性位移传感器4的第二端在所 述刀头3处于不同测试姿态下的位置数据；
所述控制器8用于根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误 差结果。
本实施例为实现误差的检测，引入了线性位移传感器，其中，线性位移传 感器的一端位置相对固定，另一端位置初始设置于两轴线的交点位置，在驱动 摆动头进行测试姿态变化时，可以通过线性位移传感器的检测得到监测位置 数据，进而可以确定摆动头的误差。
其中一种实施方式中，所述线性位移传感器4的第二端设置于所述两轴摆 动头的加工接触点的位置；
所述控制器8具体用于：
驱动所述摆动头的刀头3以所述两轴摆动头的加工接触点的位置不变的 方式，变换不同的测试姿态；
所述对应的预设理论数据包括所述两轴摆动头的加工接触点的固定的理 论点位置数据；
所述控制器8还具体用于：比较所述监测位置数据与所述理论点位置数 据，得到所述误差结果。
其中，所述第一轴与第二轴具有交点，且所述加工接触点为所述交点。
图2示意的实施方式中，所述第一轴沿竖直向，所述第二轴具有水平向分 量与竖直向分量，可以理解为第二轴为斜向设置的。
图3示意的实施方式中，所述第一轴具有水平向分量与竖直向分量，可以 理解为第一轴为斜向设置的，所述第二轴沿水平向，其中，所述第二轴机构2 通过四边形联动机构13驱动所述刀头3沿第二轴旋转。该实施方式下，由于 联动方式复杂，相对于图3而言，其可能产生误差的环节更多，误差产生的方 式也更多样，本发明及其可选实施方式所提供的两轴摆动头的误差检测方法， 可以应用于复杂的场景下，依旧保持较高的误差检测精度和准确度，可见，由 于本发明的技术方案创造性地想到不对两轴转动本身进行误差检测，而是检测 加工接触点，这就使得所述方法不会因误差产生方式的多样性而不适用，可以 具有较高的普适性。
在其他可选实施方式中，也可使得所述第一轴和第二轴均具有水平向分量 与竖直向分量。
实施例3
本实施例对两轴摆动头的误差检测方法进行了具体的展开，包括：
S1：在机器上设置一个线性位移传感器，其可沿水平X轴方向设置；
该线性位移传感器的一端以球铰副的方式固定在该球铰型两轴摆动头转 动中心，也是水射流或激光与工件的接触点；该线性位移传感器的另外一端以 球铰副的方式固定在通过以上转动中心并在机器的X轴上的一点；
S2：使得摆动头的刀头倾斜一定的角度(比如1度)，然后作周向360度 旋转，在旋转运动过程中监测线性位移传感器的误差值，在忽略Y和Z轴方 向误差造成的微小X轴角度变化的情况下，该线性位移传感器的误差值被认 为是该球铰型两轴摆动头转动中心在X方向上的误差；
S3：重复步骤S2可获得转动中心在不同倾斜角度下周向360度旋转所产 生的空间误差的X方向分量；
S4：在Y轴方向重复步骤S2和S3可获得转动中心空间误差的Y方向分 量；
S5：在Z轴方向重复步骤S2和S3可获得转动中心空间误差的Z方向分 量；
S6：对于水射流和激光切割而言，XY方向的误差是最重要的误差。以下 表1是当两款摆动头分别倾斜一定的锥角并作周向360度旋转时，在周向均分 36点上所测量的转动中心误差。
综上所述，本发明为实现误差的检测，引入了线性位移传感器，其中，线 性位移传感器的一端位置相对固定，另一端位置初始设置于两轴线的交点位 置，在驱动摆动头进行测试姿态变化时，可以通过线性位移传感器的检测得 到监测位置数据，进而可以确定摆动头的误差。

Claims (10)

1.一种两轴摆动头的误差检测方法，其特征在于：包括：
提供线性位移传感器，将所述线性位移传感器的第一端通过球铰副连接于设于机器平面的连接结构，将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或间接连接所述摆动头的刀头；
驱动所述摆动头的刀头变换不同的测试姿态；并分别监测得到所述线性位移传感器的第二端在不同测试姿态下的监测位置数据；
根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或间接连接所述摆动头的刀头，包括：
将所述线性位移传感器的第二端通过球铰副直接或间接连接所述摆动头的刀头，且所述线性位移传感器的第二端设置于所述摆动头的加工接触点的位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述驱动所述摆动头的刀头变换不同的测试姿态，包括：
驱动所述摆动头的刀头以所述两轴摆动头的加工接触点的位置不变的方式，变换不同的测试姿态；
所述对应的预设理论数据包括所述加工接触点的固定的理论点位置数据；
所述根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差结果，包括：
比较所述监测位置数据与所述理论点位置数据，得到所述误差结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述变换不同的测试姿势，包括：
驱动所述摆动头的刀头偏转倾斜角度；
驱动所述摆动头的刀头在保持所述倾斜角度的情况下，绕竖直方向做周向旋转；
重复以上步骤，分别在N种倾斜角度的情况下，分别绕竖直方向做周向旋转，其中，N为大于等于1的任意整数。
5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述摆动头的两个轴线具有交点，且所述加工接触点为所述交点。
6.一种两轴摆动头***，其特征在于：包括误差检测处理器、线性位移传感器、第一轴机构、第二轴机构、刀头以及控制器；所述控制器通过所述第一轴机构驱动所述刀头绕第一轴旋转，通过所述第二轴机构驱动所述刀头绕第二轴旋转；所述线性位移传感器的第一端通过球铰副连接于设于机器平面的连接结构，第二端通过球铰副直接或间接连接所述刀头；
所述控制器还用于通过所述第一轴机构和第二轴机构驱动所述摆动头的刀头变换不同的测试姿态；
所述线性位移传感器用于监测得到所述线性位移传感器的第二端在所述刀头处于不同测试姿态下的位置数据；
所述控制器用于根据所述监测位置数据与对应的预设理论数据，得到误差结果。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于：所述线性位移传感器的第二端设置于所述两轴摆动头的加工接触点的位置；
所述控制器具体用于：
驱动所述摆动头的刀头以所述两轴摆动头的加工接触点的位置不变的方式，变换不同的测试姿态；
所述对应的预设理论数据包括所述加工接触点的固定的理论点位置数据；
所述控制器还具体用于：比较所述监测位置数据与所述理论点位置数据，得到所述误差结果。
8.如权利要求6或7所述的***，其特征在于，所述第一轴与第二轴具有交点，且所述加工接触点为所述交点。
9.如权利要求6或7所述的***，其特征在于：所述第一轴沿竖直向，所述第二轴具有水平向分量与竖直向分量或者：所述第一轴具有水平向分量与竖直向分量，所述第二轴沿水平向。
10.如权利要求6或7所述的***，其特征在于：所述第一轴和第二轴均具有水平向分量与竖直向分量。
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