CN114986256B - 一种多功能精加工粗糙度在机测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于数控加工测量技术领域,尤其涉及是一种多功能精加工粗糙度在机测量装置及测量方法，包括标准刀柄、径向姿态调节机构和多功能测量单元；径向姿态调节机构包括驱动基体以及用于安装多功能测量单元的固定安装座和若干滑动安装座，固定安装座与驱动基体同轴设置，所有滑动安装座绕驱动基体的中心轴环向间隔设置，并可在驱动基体的作用下进行径向移动；标准刀柄与驱动基体的另一端同轴可拆卸连接。该测量装置具有模块化、高效率、低成本、多功能、适应能力强、测量精度高、一致性好的特点，能够实现在大型部件关键部位加工完毕后，无需专用测量站位或设备，即可完成对多种关键加工表面粗糙度的快速测量。

Description

一种多功能精加工粗糙度在机测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于数控加工测量技术领域,尤其涉及是一种多功能精加工粗糙度在机测量装置及测量方法。

背景技术

粗糙度是精加工表面质量的一个核心评价指标，大型管接头、阀体、工程机械等大部件的关键加工部位，如大孔内壁、外圆柱面、大尺寸曲面等特征，在空间中的形状、位置较大，数量较多，且大部件本身体积大而复杂，难以像单个小型零件那样灵活调整其姿态测量关键部位的表面精度。

目前，针对此类大部件精加工部位的粗糙度测量方法有三类：1）手工触摸被加工表面，然后与标准粗糙度样块触感对比，评估出大致粗糙度区间，该方法直观快捷、成本最低，但精度同样最低，人工主观性强，测量结果的一致性、可信度较低，大部件采用该方法也存在较多危险性；2）人工利用便携式粗糙度仪结合辅助工装测量、手工记录，成本较低，方便快捷，但受操作者技能水平影响，测量误差、不确定度较大，且测量范围小，效率低下；3）建设专用测量站位，利用龙门式三坐标测量机、移动式测量机器人等专用设备搭载粗糙度仪，测量大部件的关键部位，精度较高，测量过程可自动化，但成本高昂，占地较大，且涉及大部件从加工站位转运至测量站位、测量站位中的位置标定等工作，浪费时间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种多功能精加工粗糙度在机测量装置及方法，该测量装置具有模块化、高效率、低成本、多功能、适应能力强、测量精度高、一致性好的特点，能够实现在大型部件关键部位加工完毕后，无需专用测量站位或设备，即可完成对多种关键加工表面粗糙度的快速测量。

本发明通过如下的技术方案来实现上述目的：

一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，包括标准刀柄、径向姿态调节机构和多功能测量单元。径向姿态调节机构包括驱动基体、固定安装座以及连接于驱动基体一端的若干滑动安装座；固定安装座与驱动基体同轴设置，所有滑动安装座绕驱动基体的中心轴环向间隔设置，并可在驱动基体的作用下进行径向移动。多功能测量单元包括若干触发式3D测头和若干个粗糙度测量模块；触发式3D测头用于与固定安装座或滑动安装座一一对应可拆卸连接，粗糙度测量模块用于与固定安装座或滑动安装座一一对应可拆卸连接；标准刀柄与驱动基体的另一端同轴可拆卸连接。

优选的，所述驱动基体上连接有四个等间距设置的滑动安装座。

优选的，所述驱动基体包括安装基座和封装底壳，安装基座的一端设置有用于连接标准刀柄的连接盘，封装底壳的底部设置有若干用于一一对应安装滑动安装座的径向滑槽；封装底壳与安装基座的一端同轴固定连接，并与安装基座配合构成一个驱动腔体，驱动腔体中设置有用于控制滑动安装座移动的驱动机构。

优选的，所述驱动机构包括驱动控制电路、齿轮以及依次与安装基座同轴设置的交叉滚子轴承、齿圈和驱动盘；交叉滚子轴承的外圈与所述安装基座固定连接，交叉滚子轴承的内圈通过齿圈与驱动盘固定连接，齿轮与齿圈相互啮合，驱动盘上设置有与所述滑动安装座一一对应的渐开线滑槽；驱动控制电路布设于所述安装基座上，用于为齿轮提供旋转动力。

优选的，所述驱动控制电路包括伺服减速电机、电机驱动模块和电池，以及用于控制多功能测量单元采集相应检测数据、将所述检测数据上传至机床数控***和闭环控制伺服减速电机的总控制器；伺服减速电机通过电机驱动模块与总控制器电性连接，伺服减速电机的转轴与所述齿轮传动连接；电池用于为驱动控制电路和多功能测量单元提供工作电源。

优选的，所述粗糙度测量模块包括轴向活动机构、测头杆和测杆晃动限位套管，测杆晃动限位套管的内部同轴设置有复位弹簧；轴向活动机构的一端用于连接滑动安装座，测杆晃动限位套管与轴向活动机构的另一端同轴固定连接；测杆晃动限位套管的两侧分别设置有触发开关，且同一个测杆晃动限位套管的两个触发开关处于所述驱动基体的同一径向上，触发开关电性接入所述总控制器，用于配合总控制器控制粗糙度测量模块工作；测头杆的一端安装有粗糙度探头，测头杆的另一端轴向***测杆晃动限位套管，并通过复位弹簧与轴向活动机构或测杆晃动限位套管活动连接。

优选的，所述粗糙度探头呈环形对称锥面结构。

优选的，所述固定安装座设置于驱动基体的轴心处，固定安装座的一端与安装基座固定连接，固定安装座的另一端贯穿封装底壳；驱动盘和封装底壳分别与固定安装座间隙配合。

优选的，所述滑动安装座包括卡位板、用于连接触发式3D测头或粗糙度测量模块的连接板以及贯穿设置于径向滑槽内部的滑块，滑块两端分别连接卡位板和连接板，卡位板上设置有用于与所述渐开线滑槽配合的滑柱。

基于上述一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，本技术方案提供一种精加工粗糙度在机测量方法，包括以下步骤：

S1，刀具复位：在完成工件的数控精加工以后，利用机床数控***控制机床的主轴将刀具退回至机床的换刀位；

S2，装置安装以及建立通讯：拆卸主轴上工件加工时用的刀具，将在机测量装置的驱动基体通过标准刀柄安装于主轴上，并建立在机测量装置与机床数控***之间的通讯连接；

S3，工件尺寸测量：在驱动基体上安装触发式3D测头，利用触发式3D测头获取工件被测部位的尺寸信息，并将工件被测部位的尺寸信息上传至机床数控***；

S4，粗糙度数据采集：将驱动基体上的触发式3D测头更换为粗糙度测量模块，根据工件被测部位的尺寸信息调节粗糙度测量模块的工作位置，利用粗糙度测量模块对工件被测部位进行粗糙度测量，并将测量的粗糙度数据上传至机床数控***；

S5，获取粗糙度值并复位在机测量装置：待粗糙度数据采集完成后，控制在机测量装置复位，利用机床数控***基于接收的粗糙度数据计算出平均粗糙度值，即完成当前工件被测部位的粗糙度测量。

优选的，上述一种精加工粗糙度在机测量方法包括独立测量和配合测量，基于此，所述步骤S3中，工件尺寸测量包括以下步骤：

S31，确定测量方式，根据工件被测部位的空间约束情况，选择采用独立测量或配合测量；

S32，初始化在机测量装置的工作半径：当采用配合测量时，以固定安装座的轴心为初始工作半径位置，即初始工作半径为零；当采用配合测量时，通过机床控制***控制驱动基体将滑动安装座移动至距离驱动基体中心轴最远或最近的位置，以滑动安装座轴心与驱动基体的轴心距离为初始工作半径；

S33，测头安装：当采用独立测量时，在固定安装座上安装触发式3D测头；当采用配合测量时，在滑动安装座上安装触发式3D测头；

S34，尺寸测量：通过机床数控***控制主轴将安装有触发式3D测头的驱动基体移动至工件处，通过移动控制触发式3D测头与工件接触的方式获得工件被测部位的尺寸信息；其中，当采用独立测量时，机床数控***通过控制机床主轴与在机测量装置同步移动和旋转来使触发式3D测头与工件接触；当采用配合测量时，机床数控***通过在机测量装置的驱动基体控制触发式3D测头径向移动来与工件进行接触，在此期间，机床数控***记录在机测量装置的工作半径变化；

S35，将获得的工件被测部位尺寸信息通过驱动基体上传至机床数控***。

优选的，所述步骤S4中，所述粗糙度数据采集包括以下步骤：

S41，更换测头：利用机床数控***控制机床的主轴将安装有触发式3D测头的驱动基体退回至机床的换刀位，将触发式3D测头更换为粗糙度测量模块；

S42，设置在机测量装置的移动路径：利用机床数控***调用工件被测部位精加工时的加工坐标系以及安全位的坐标，结合工件被测部位的坐标信息，以安全位坐标为起点，在安全位坐标与工件的被测区域之间依次设置减速位和缓进位；

S43，工作半径更新：机床数控***基于最终在机测量装置的工作半径结合粗糙度测量模块的结构特征，获取粗糙度测量模块的工作半径，粗糙度测量模块的工作半径为相应触发开关与在机测量装置轴心的距离；其中，当采用独立测量时，在机测量装置的轴心为最终在机测量装置的工作半径位置，当采用配合测量时，机床数控***基于步骤S34中记录的在机测量装置的工作半径变化，获取最终在机测量装置的工作半径；

S44，消除粗糙度探头与被测工件的位置干扰：当采用独立测量时，无需进行消除位置干扰操作；采用配合测量时，则利用机床数控***调用工件被测部位的尺寸信息中的特征半径，同时结合粗糙度测量模块的结构特征和粗糙度测量模块的工作半径获取粗糙度探头的工作半径位置，结合工件被测部位的特征半径与粗糙度探头的工作半径位置判断粗糙度探头与被测工件是否存在干扰，若存在干扰，机床数控***通过驱动基体控制滑动安装座与在机测量装置同步移动后，回到步骤S43，若不存在干扰，则进入步骤S45；

S45，机床数控***基于工件被测部位的特征半径和粗糙度测量模块的工作半径计算粗糙度测量模块的径向调节距离；

S46，粗糙度测量模块移动到位：利用机床数控***对应步骤S42中的安全位坐标、减速位和缓进位控制主轴将安装有粗糙度测量模块的驱动基体移动至工件处，使粗糙度探头处于工件被测部位；

S47，粗糙度检测：当采用独立测量时，机床数控***基于对应步骤S45中计算的径向调节距离，控制机床主轴与在机测量装置同步移动，使得触发开关与工件接触而被接通；当采用配合测量时，机床数控***基于对应步骤S45中计算的径向调节距离，通过驱动基体控制滑动安装座将粗糙度测量模块进行移动，使得触发开关与工件接触而被接通；触发开关被接通以后，控制粗糙度测量模块轴向移动，以对粗糙度探头与工件被测部位的接触段进行扫描，并将粗糙度信息通过驱动基体上传至机床数控***；

S48，根据测量工况判断是否需要换位测量；若需要，则将粗糙度测量模块退回至步骤S45所述的粗糙度测量模块的工作半径处，通过机床数控***控制主轴使在机测量装置整体轴向旋转相应角度后，回到步骤S47；若不需要，则进入步骤S5。

优选的，所述控制在机测量装置复位，即，则将粗糙度测量模块退回至步骤S45所述的粗糙度测量模块的工作半径处，利用机床数控***控制机床的主轴将在机测量装置退回至工件被测部位精加工时的安全位坐标位置处，并通过机床控制***控制驱动基体将滑动安装座移动至在机测量装置的初始工作半径位置处。

本发明的有益效果：

1）本发明通过设置一种可变径调节模块的在机测量装置，搭载多个测头同步工作，提高测量效率，且径向调节行程大，对不同尺寸被测部位的适应能力强；与机床数控***建立通讯，实现工件相应部位粗糙度的自动测量，操作便捷，消除了人工主观性影响，且在机测量装置中采用粗糙度测头扫描，提高了测量结果的一致性和可信度；另外，基于在机测量装置的可变径调节，可快速、安全的完成大部件的粗糙度测量；

2）结构上，本技术方案的体积小，控件占用小，相对成本较低。仅利用一个交叉滚子轴承实现变径调节模块的旋转支撑和轴向定位，简化了结构复杂度和零件个数，降低成本，便于日常维护或个性化改造。

3）本发明采用多功能、模块化设计，可灵活搭载标准触发式3D测头测量精加工部位的尺寸，也可灵活搭载若干个粗糙度测量模块，对内孔、外圆柱面、平面、特殊曲面等部位的表面精度测量，且整个装置包含连接、控制、变径调节、输出端四个分界清晰的模块，可根据具体应用场景灵活配置各模块规格，有利于降低开发成本，适用范围广。

4）本发明可实现精加工后在机测量，直接安装在精加工设备上，并充分利用精加工站位的坐标信息，无需建立加工精度专用测量站位，节约成本和空间，减少了大部件的转运和重定位工序，节约时间，且本发明的在机测量装置也可方便地集成到其他场景的专用测量设备等非精加工站位中。

5）本发明的加工精度在机测量方法利用若干个测头可实现单次多点采样，采样长度可灵活配置，且利用机床设备更换测量方位，可实现更全面的测量，数据样本充分，可信度、精度更高，可降低测量不确定度。

附图说明

图1为在机测量装置测量工件外侧壁时的状态结构示意图；

图2为在机测量装置测量工件内侧壁时的状态结构示意图；

图3为图2的仰视结构示意图；

图4为图3的A处放大结构示意图；

图5为在及测量装置的***图；

图6为驱动盘的轴向视图；

图7为滑动安装座的结构示意图；

图8为粗糙度测量时的在机测量装置移动路径示意图；

图9为精加工粗糙度在机测量方法的实施流程图；

图中：

1、标准刀柄；2、驱动基体；2.0、安装基座；2.1、封装底壳；2.11、径向滑槽；2.2、连接盘；2.3、齿轮；2.4、交叉滚子轴承；2.5、齿圈；2.6、驱动盘；2.61、渐开线滑槽；2.7、驱动控制电路；2.71、伺服减速电机；2.72、电机驱动模块；2.73、电池；2.74、总控制器；3、固定安装座；4、滑动安装座；4.1、卡位板；4.2、连接板；4.3、滑块；4.4、滑柱；5、触发式3D测头；6、粗糙度测量模块；6.1轴向活动机构；6.2、测头杆；6.3、测杆晃动限位套管；6.4、粗糙度探头；6.5、触发开关；7、工件；7.1、被测部位；8、滑动安装座的移动方向；9、测头杆的晃动方向；10、粗糙度测量模块的轴移方向；11、换刀位；12、安全位；13、减速位；14、缓进位；15、测量中位。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例首先公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置（以下统称在机测量装置），作为本发明一种优选的实施方案，如图1和图2所示，包括标准刀柄1、径向姿态调节机构和多功能测量单元。其中，径向姿态调节机构包括驱动基体2、固定安装座3以及连接于驱动基体2一端的若干滑动安装座4；固定安装座3与驱动基体2同轴设置，滑动安装座4绕驱动基体2的中心轴环向间隔设置，并可在驱动基体2的作用下进行径向移动。多功能测量单元包括若干触发式3D测头5和若干个粗糙度测量模块6；触发式3D测头5用于与固定安装座3或滑动安装座4一一对应可拆卸连接，粗糙度测量模块6用于与固定安装座3或滑动安装座4一一对应可拆卸连接具体可采用螺钉连接。标准刀柄1与驱动基体2的另一端同轴可拆卸连接，包括但不限于采用螺钉连接，不同的技术人员可根据需要采用其他的可拆卸连接方式，基于此，本技术方案可根据机床主轴上的刀柄接口型号而选择更换合适的标准刀柄1，从而提高了在机测量装置的适用性。

基于上述结构，本技术方案结合在机测量装置的工作原理，提供一种精加工粗糙度在机测量方法，具体包括以下步骤：

S1，刀具复位：在完成工件7的数控精加工以后，利用机床数控***控制机床的主轴将刀具退回至机床的换刀位11。

S2，装置安装以及建立通讯：拆卸主轴上工件7加工时用的刀具，将在机测量装置的驱动基体2通过标准刀柄1安装于主轴上，并建立在机测量装置与机床数控***之间的通讯连接。具体是驱动基体2与机床数控***之间的通讯，可以是有线通讯或无线通讯。

S3，工件7尺寸测量：在驱动基体2上安装触发式3D测头5，利用触发式3D测头5获取工件7被测部位7.1的尺寸信息，并将工件7被测部位7.1的尺寸信息上传至机床数控***。本技术方案可根据工件7的大小选择独立测量和配合测量。所谓独立测量，即当被测工件7的尺寸较小时使用，具体是在固定安装座3上安装一个触发式3D测头5，基于机床数控***控制机床主轴移动在机测量装置，进一步使得触发式3D测头5与工件7的被测部位7.1接触，如此实现工件7被测部位7.1尺寸信息的获取。所谓配合测量，即当被测工件7的尺寸较大时使用，具体是在所有的滑动安装座4上安装触发式3D测头5，基于机床数控***与在机测量装置之间建立的通讯，机床数控***通过驱动基体2控制所有滑动安装座4同步移动，进一步使得所有触发式3D测头5与工件7的被测部位7.1接触，如此，多个触发式3D测头5配合实现工件7被测部位7.1尺寸信息的获取，提高检测效率。所述尺寸信息中主要包含特征半径。

S4，粗糙度数据采集：将驱动基体2上的触发式3D测头5更换为粗糙度测量模块6，根据工件7被测部位7.1的尺寸信息调节粗糙度测量模块6的工作位置，利用粗糙度测量模块6对工件7被测部位7.1进行粗糙度测量，并将测量的粗糙度数据上传至机床数控***。相应的，对于独立测量与配合测量的不同，粗糙度测量模块6的控制也就不同，具体的：所当采用配合测量时，是在固定安装座3上安装一个粗糙度测量模块6，基于机床数控***控制机床主轴移动在机测量装置，进一步使得粗糙度测量模块6与工件7的被测部位7.1接触，如此实现工件7被测部位7.1粗糙度信息的获取；当采用配合测量时，是在所有的滑动安装座4上安装粗糙度测量模块6，机床数控***通过驱动基体2控制所有滑动安装座4同步移动，进一步使得所有粗糙度测量模块6与工件7的被测部位7.1接触（如图3和图4所示），如此，多个粗糙度测量模块6配合实现工件7被测部位7.1粗糙度信息的获取，同样是提高检测效率。

S5，获取粗糙度值并复位在机测量装置：待粗糙度数据采集完成后，控制在机测量装置复位，利用机床数控***基于接收的粗糙度数据计算出平均粗糙度值，即完成当前工件7被测部位7.1的粗糙度测量。

实施例2

本实施例公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例1中，驱动基体2上连接有四个等间距设置的滑动安装座4。在确保结构稳定的前提下，既预留了足够的移动空间，又确保的足够的安装位置以提高检测效率。

实施例3

本实施例公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例1或2中，如图5所示，驱动基体2包括安装基座2.0和封装底壳2.1。安装基座2.0的一端设置有用于连接标准刀柄1的连接盘2.2。封装底壳2.1的底部设置有若干用于一一对应安装滑动安装座4的径向滑槽2.11，确保滑动安装座4稳定可靠的定向滑动。封装底壳2.1与安装基座2.0的一端同轴固定连接，并与安装基座2.0配合构成一个驱动腔体，以维持驱动基体2良好的内部环境，便于在机测量装置的日常维护清理。驱动腔体中设置有用于控制滑动安装座4移动的驱动机构，其中，驱动腔体对驱动机构起到了很好的保护作用，机床数控***具体是与驱动机构建立通讯。

实施例4

本实施例公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例3中，如图5所示，驱动机构包括驱动控制电路2.7、齿轮2.3以及依次与安装基座2.0同轴设置的交叉滚子轴承2.4、齿圈2.5和驱动盘2.6；交叉滚子轴承2.4的外圈与安装基座2.0固定连接，交叉滚子轴承2.4的内圈通过齿圈2.5与驱动盘2.6固定连接，齿轮2.3与齿圈2.5相互啮合，驱动盘2.6上设置有与所述滑动安装座4一一对应的渐开线滑槽2.61（如图6所示）；驱动控制电路2.7布设于所述安装基座2.0上，用于为齿轮2.3提供旋转动力。其中，具体是通过驱动控制电路2.7与机床数控***建立通讯。

基于上述结构，驱动基体2的工作原理为：机床控制***通过驱动控制电路2.7控制齿轮2.3旋转，在交叉滚子轴承2.4的支撑作用下，齿圈2.5随着齿轮2.3一起旋转，进一步带动驱动盘2.6，随着驱动盘2.6的转动，滑动安装座4沿渐开线滑槽2.61滑动，在封装底壳2.1上的径向滑槽2.11的定向结构作用下，滑动安装座4在封装底壳2.1的径向上移动。

实施例5

本实施例公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例4中，如图5所示，驱动控制电路2.7包括但不限于伺服减速电机2.71、电机驱动模块2.72和电池2.73和总控制器2.74；伺服减速电机2.71通过电机驱动模块2.72与总控制器2.74电性连接，伺服减速电机2.71的转轴与所述齿轮2.3传动连接；电池2.73用于为驱动控制电路2.7和多功能测量单元提供工作电源。其中，总控制器2.74与机床数控***建立通讯，总控制器2.74用于控制多功能测量单元采集相应检测数据，并将所述检测数据上传至机床数控***，机床控制***基于检测数据通过总控制器2.74控制电机伺服减速电机2.71工作，进一步控制多功能测量单元移动，如此实现伺服减速电机2.71的闭环控制。

实施例6

本实施例公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例5中，如图5所示，粗糙度测量模块6包括轴向活动机构6.1、测头杆6.2和测杆晃动限位套管6.3。其中，轴向活动机构6.1可以是电动缸，主要实现粗糙度测量模块6工作时的定向伸缩功能；测杆晃动限位套管6.3是一个空心圆柱体结构，其内原半径大于测头杆6.2的横截面半径，确保测头杆6.2有足够的晃动空间，使得后文中的粗糙度探头6.4与工件7之间柔性接触，尽可能的避免粗糙度测量模块6以及工件7受到机械损伤。轴向活动机构6.1的一端用于连接滑动安装座4，测杆晃动限位套管6.3与轴向活动机构的另一端同轴固定连接；测杆晃动限位套管6.3的两侧分别设置有触发开关6.5，且同一个测杆晃动限位套管6.3的两个触发开关6.5处于所述驱动基体2的同一径向上，触发开关6.5电性接入所述总控制器2.74，用于配合总控制器2.74控制粗糙度测量模块6工作。测头杆6.2的一端安装有粗糙度探头6.4，测杆晃动限位套管6.3的内部同轴设置有复位弹簧，测头杆6.2的另一端轴向***测杆晃动限位套管6.3，并通过复位弹簧与轴向活动机构6.1或测杆晃动限位套管6.3活动连接。粗糙度探头6.4电性接入所述总控制器2.74，以将检测的数据通过总控制器2.74上传至机床数控***。

进一步的，可在固定安装座3和滑动安装座4上设置电性接头，通过导线将电性接头接入总控制器2.74，如此一来，触发式3D测头5和粗糙度测量模块6便可通过电性接头快速接入总控制器2.74。

实施例7

本实施例公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例6中，如图1和图5所示，粗糙度探头6.4呈环形对称锥面结构，即，粗糙度探头6.4存在两个锥面，可以看做是有两个圆锥（由于被测头杆6.2贯穿，圆锥的顶部结构被覆盖，因此可以说是圆台）底面重合拼接结构。该结构可实现与任意工作方向的接触。

实施例8

本实施例公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，作为本发明一种优选的实施方案，即4到7的任意一个实施例中，如图5所示，固定安装座3设置于驱动基体2的轴心处，固定安装座3的一端与安装基座2.0固定连接，固定安装座3的另一端贯穿封装底壳2.1；驱动盘2.6和封装底壳2.1分别与固定安装座3间隙配合。该结构将在机测量装置各个部位的受力重新划分，固定安装座3可分担一部分力，且固定安装座3可起到极大的定心作用，提高的在机测量装置的稳定性。

实施例9

本实施例公开一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，作为本发明一种优选的实施方案，即4到7的任意一个实施例中，如图7所示，滑动安装座4包括卡位板4.1、用于连接触发式3D测头5或粗糙度测量模块6的连接板4.2以及贯穿设置于径向滑槽2.11内部的滑块4.3，滑块4.3两端分别连接卡位板4.1和连接板4.2，卡位板4.1上设置有用于与所述渐开线滑槽2.61配合的滑柱4.4。

实施例10

本实施例公开一种精加工粗糙度在机测量方法，作为本发明一种优选的实施方案，采用了一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，如图9所示，包括以下步骤：

S1，刀具复位：在完成工件7的数控精加工以后，利用机床数控***控制机床的主轴将刀具退回至机床的换刀位11。

S2，装置安装以及建立通讯：拆卸主轴上工件7加工时用的刀具，将在机测量装置的驱动基体2通过标准刀柄1安装于主轴上，并建立在机测量装置与机床数控***之间的通讯连接。

S3，工件7尺寸测量：在驱动基体2上安装触发式3D测头5，利用触发式3D测头5获取工件7被测部位7.1的尺寸信息，并将工件7被测部位7.1的尺寸信息上传至机床数控***。具体包括以下步骤：

S31，确定测量方式，根据工件7被测部位7.1的空间约束情况，选择采用独立测量或配合测量。具体的，当工件7被测部位7.1的空间足以容纳多个触发式3D测头5时，可采用配合测量，若不能，则采用独立测量。

S32，初始化在机测量装置的工作半径：当采用独立测量时，以固定安装座3的轴心为初始工作半径位置，即初始工作半径为零；当采用配合测量时，通过机床控制***控制驱动基体2将滑动安装座4移动至距离驱动基体2中心轴最远或最近的位置，以滑动安装座4轴心与驱动基体2的轴心距离为初始工作半径。具体是最远还是最近，主要根据工件7被测部位7.1的位置而决定，如图1所示，当工件7的外侧面为被测部位7.1时，将滑动安装座4移动至距离驱动基体2中心轴最远的位置，如图2所示，当工件7的内侧面为被测部位7.1时，将滑动安装座4移动至距离驱动基体2中心轴最近的位置。

S33，测头安装：当采用独立测量时，在固定安装座3上安装触发式3D测头5；当采用配合测量时，在滑动安装座4上安装触发式3D测头5。

S34，尺寸测量：通过机床数控***控制主轴将安装有触发式3D测头5的驱动基体2移动至工件7处，通过移动控制触发式3D测头5与工件7接触的方式获得工件7被测部位7.1的尺寸信息；其中，当采用独立测量时，机床数控***通过控制机床主轴与在机测量装置同步移动和旋转来使触发式3D测头5与工件7接触；当采用配合测量时，机床数控***通过在机测量装置的驱动基体2控制触发式3D测头5径向移动来与工件7进行接触，在此期间，机床数控***记录在机测量装置的工作半径变化。

S35，将获得的工件7被测部位7.1尺寸信息通过驱动基体2上传至机床数控***。其中，工件7被测部位7.1尺寸信息主要包括如图8所示的工件7被测部位7.1特征半径r2。

S4，粗糙度数据采集：将驱动基体2上的触发式3D测头5更换为粗糙度测量模块6，根据工件7被测部位7.1的尺寸信息调节粗糙度测量模块6的工作位置，利用粗糙度测量模块6对工件7被测部位7.1进行粗糙度测量，并将测量的粗糙度数据上传至机床数控***。具体包括以下步骤：

S41，更换测头：利用机床数控***控制机床的主轴将安装有触发式3D测头5的驱动基体2退回至机床的换刀位11，将触发式3D测头5更换为粗糙度测量模块6。

S42，设置在机测量装置的移动路径：如图8所示，利用机床数控***调用工件7被测部位7.1精加工时的加工坐标系以及安全位12的坐标，结合工件7被测部位7.1的坐标信息，以安全位12坐标为起点，在安全位12坐标与工件7的被测区域之间依次设置减速位13和缓进位14。进一步的，考虑到粗糙度测量模块6的粗糙度探头6.4与触发开关6.5之间存在一定距离，测量时需要确保粗糙度探头6.4和触发开关6.5都要与工件7被测部位7.1接触，基于此，需要在工件7被测部位7.1规划接触段，令接触段的长度为Lt，并在接触段是正中间设置测量中位15，粗糙度探头6.4以测量中位15为基准，基于轴向活动机构6.1的作用下，在接触段的范围内做往复运动。在移动在机测量装置的过程中，主轴可以较快的速度移动至安全位12置，然后以较快的速度移动至减速位13，在减速位13到缓进位14的过程中逐渐减速，然后从缓进位14开始，以较慢的速度移动，直至粗糙度探头6.4到达测量中位15。如此一来，既确保的在机测量装置的移动速度，在机测量装置和工件7的安全也得到了保障。令安全位12到测量中位15的总体长度为L，本领域技术人员可根据实际需要划分各位点（安全位12、减速位13、缓进位14、测量中位15）之间的距离。

S43，工作半径更新：机床数控***基于最终在机测量装置的工作半径结合粗糙度测量模块的结构特征，获取粗糙度测量模块的工作半径，粗糙度测量模块的工作半径为相应触发开关6.5与在机测量装置轴心的距离，如图8中的粗糙度测量模块的工作半径r0；其中，当采用独立测量时，在机测量装置的轴心为最终在机测量装置的工作半径位置，当采用配合测量时，机床数控***基于步骤S34中记录的在机测量装置的工作半径变化，获取最终在机测量装置的工作半径；

S44，消除粗糙度探头6.4与被测工件7的位置干扰：当采用独立测量时，无需进行消除位置干扰操作；采用配合测量时，则利用机床数控***调用工件7被测部位7.1的尺寸信息中的特征半径r2，同时结合粗糙度测量模块的结构特征（具体指）和粗糙度测量模块的工作半径获取粗糙度探头6.4的工作半径（即粗糙度探头6.4的实时工作半径r1）位置，结合工件7被测部位7.1的特征半径与粗糙度探头6.4的工作半径位置判断粗糙度探头6.4与被测工件7是否存在干扰，若存在干扰，机床数控***通过驱动基体2控制滑动安装座4与在机测量装置同步移动后，回到步骤S43，若不存在干扰，则进入步骤S45。具体的，粗糙度探头6.4到工件7被测部位7.1的径向距离Δh=r2-r1，根据实际测量工况设置粗糙度探头6.4到工件7被测部位7.1的径向安全距离Δhmax，若Δh≤Δhmax，则判定存在干扰，否则判定不存在干扰。

S45，机床数控***基于工件7被测部位7.1的特征半径和粗糙度测量模块的工作半径r0计算粗糙度测量模块6的径向调节距离Δr=r2-r0；

S46，粗糙度测量模块6移动到位：利用机床数控***对应步骤S42中的安全位12坐标、减速位13和缓进位14控制主轴将安装有粗糙度测量模块6的驱动基体2移动至工件7处，使粗糙度探头6.4处于工件7被测部位7.1；

S47，粗糙度检测：当采用独立测量时，机床数控***基于对应步骤S45中计算的径向调节距离，控制机床主轴与在机测量装置同步移动，使得触发开关6.5与工件7接触而被接通；当采用配合测量时，机床数控***基于对应步骤S45中计算的径向调节距离，通过驱动基体2控制滑动安装座4将粗糙度测量模块6进行移动，使得触发开关6.5与工件7接触而被接通；触发开关6.5被接通以后，控制粗糙度测量模块轴向移动，以对粗糙度探头6.4与工件7被测部位7.1的接触段进行扫描，并将粗糙度信息通过驱动基体2上传至机床数控***；

S48，根据测量工况判断是否需要换位测量；若需要，则将粗糙度测量模块6退回至步骤S45所述的粗糙度测量模块的工作半径r0处，通过机床数控***控制主轴使在机测量装置整体轴向旋转相应角度后，回到步骤S47；若不需要，则进入步骤S5。

S5，获取粗糙度值并复位在机测量装置：待粗糙度数据采集完成后，控制在机测量装置复位，利用机床数控***基于接收的粗糙度数据计算出平均粗糙度值，即完成当前工件7被测部位7.1的粗糙度测量。其中，控制在机测量装置复位，即，则将粗糙度测量模块6退回至步骤S45所述的粗糙度测量模块的工作半径处，利用机床数控***控制机床的主轴将在机测量装置退回至工件7被测部位7.1精加工时的安全位12坐标位置处，并通过机床控制***控制驱动基体2将滑动安装座4移动至在机测量装置的初始工作半径位置处。

进一步的，基于公式

计算平均粗糙度值，其中，

表示平均粗糙度值；

，代表第

个粗糙度测头；

表示粗糙度测头总数，根据本技术方案的在机测量装置结构，

可取值为4；

，代表整个在机测量装置的第

个方位角；

表示整个在机测量装置的方位角调节总数；为第

个方位角下，第

个粗糙度测头的粗糙度测量值。

Claims (9)

1.一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，其特征在于：包括标准刀柄（1）、径向姿态调节机构和多功能测量单元；

所述径向姿态调节机构包括驱动基体（2）、固定安装座（3）以及连接于驱动基体（2）一端的若干滑动安装座（4）；所有滑动安装座（4）绕驱动基体（2）的中心轴环向间隔设置，并可在驱动基体（2）的作用下进行径向移动；

所述驱动基体（2）包括安装基座（2.0）和封装底壳（2.1），安装基座（2.0）的一端设置有用于连接标准刀柄（1）的连接盘（2.2），封装底壳（2.1）的底部设置有若干用于一一对应安装滑动安装座（4）的径向滑槽（2.11）；封装底壳（2.1）与安装基座（2.0）的一端同轴固定连接，并与安装基座（2.0）配合构成一个驱动腔体，驱动腔体中设置有用于控制滑动安装座（4）移动的驱动机构；

所述驱动机构包括驱动控制电路（2.7）、齿轮（2.3）以及依次与安装基座（2.0）同轴设置的交叉滚子轴承（2.4）、齿圈（2.5）和驱动盘（2.6）；交叉滚子轴承（2.4）的外圈与所述安装基座（2.0）固定连接，交叉滚子轴承（2.4）的内圈通过齿圈（2.5）与驱动盘（2.6）固定连接，齿轮（2.3）与齿圈（2.5）相互啮合，驱动盘（2.6）上设置有与所述滑动安装座（4）一一对应的渐开线滑槽（2.61）；驱动控制电路（2.7）布设于所述安装基座（2.0）上，用于为齿轮（2.3）提供旋转动力；

所述固定安装座（3）设置于驱动基体（2）的轴心处，固定安装座（3）的一端与安装基座（2.0）固定连接，固定安装座（3）的另一端贯穿封装底壳（2.1）；驱动盘（2.6）和封装底壳（2.1）分别与固定安装座（3）间隙配合；

所述多功能测量单元包括若干触发式3D测头（5）和若干个粗糙度测量模块（6）；触发式3D测头（5）用于与固定安装座（3）或滑动安装座（4）一一对应可拆卸连接，粗糙度测量模块（6）用于与固定安装座（3）或滑动安装座（4）一一对应可拆卸连接；

所述滑动安装座（4）包括卡位板（4.1）、用于连接触发式3D测头（5）或粗糙度测量模块（6）的连接板（4.2）以及贯穿设置于径向滑槽（2.11）内部的滑块（4.3），滑块（4.3）两端分别连接卡位板（4.1）和连接板（4.2），卡位板（4.1）上设置有用于与所述渐开线滑槽（2.61）配合的滑柱（4.4）；

所述标准刀柄（1）与驱动基体（2）的另一端同轴可拆卸连接。

2.如权利要求1所述一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，其特征在于：所述驱动基体（2）上连接有四个等间距设置的滑动安装座（4）。

3.如权利要求1所述一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，其特征在于：所述驱动控制电路（2.7）包括伺服减速电机（2.71）、电机驱动模块（2.72）和电池（2.73），以及用于控制多功能测量单元采集相应检测数据、将所述检测数据上传至机床数控***和闭环控制伺服减速电机（2.71）的总控制器（2.74）；伺服减速电机（2.71）通过电机驱动模块（2.72）与总控制器（2.74）电性，伺服减速电机（2.71）的转轴与所述齿轮（2.3）传动连接；电池（2.73）用于为驱动控制电路（2.7）和多功能测量单元提供工作电源。

4.如权利要求3所述一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，其特征在于：所述粗糙度测量模块（6）包括轴向活动机构（6.1）、测头杆（6.2）和测杆晃动限位套管（6.3），测杆晃动限位套管（6.3）的内部同轴设置有复位弹簧；轴向活动机构（6.1）的一端用于连接滑动安装座（4），测杆晃动限位套管（6.3）与轴向活动机的另一端同轴固定连接；测杆晃动限位套管（6.3）的两侧分别设置有触发开关（6.5），且同一个测杆晃动限位套管（6.3）的两个触发开关（6.5）处于所述驱动基体（2）的同一径向上，触发开关（6.5）电性接入所述总控制器（2.74），用于配合总控制器（2.74）控制粗糙度测量模块（6）工作；测头杆（6.2）的一端安装有粗糙度探头（6.4），测头杆（6.2）的另一端轴向***测杆晃动限位套管（6.3），并通过复位弹簧与轴向活动机构（6.1）或测杆晃动限位套管（6.3）活动连接。

5.如权利要求4所述一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，其特征在于：所述粗糙度探头（6.4）呈环形对称锥面结构。

6.一种精加工粗糙度在机测量方法，其特征在于，采用了如权利要求4和5中任意所述一种多功能精加工粗糙度在机测量装置，即在机测量装置，包括以下步骤：

S1，刀具复位：在完成工件（7）的数控精加工以后，利用机床数控***控制机床的主轴将刀具退回至机床的换刀位（11）；

S2，装置安装以及建立通讯：拆卸主轴上工件（7）加工时用的刀具，将在机测量装置的驱动基体（2）通过标准刀柄（1）安装于主轴上，并建立在机测量装置与机床数控***之间的通讯连接；

S3，工件（7）尺寸测量：在驱动基体（2）上安装触发式3D测头（5），利用触发式3D测头（5）获取工件（7）被测部位（7.1）的尺寸信息，并将工件（7）被测部位（7.1）的尺寸信息上传至机床数控***；

S4，粗糙度数据采集：将驱动基体（2）上的触发式3D测头（5）更换为粗糙度测量模块（6），根据工件（7）被测部位（7.1）的尺寸信息调节粗糙度测量模块（6）的工作位置，利用粗糙度测量模块（6）对工件（7）被测部位（7.1）进行粗糙度测量，并将测量的粗糙度数据上传至机床数控***；

S5，获取粗糙度值并复位在机测量装置：待粗糙度数据采集完成后，控制在机测量装置复位，利用机床数控***基于接收的粗糙度数据计算出平均粗糙度值，即完成当前工件（7）被测部位（7.1）的粗糙度测量。

7.如权利要求6所述一种精加工粗糙度在机测量方法，其特征在于，包括独立测量和配合测量，基于此，所述步骤S3中，工件（7）尺寸测量包括以下步骤：

S31，确定测量方式，根据工件（7）被测部位（7.1）的空间约束情况，选择采用独立测量或配合测量；

S32，初始化在机测量装置的工作半径：当采用独立测量时，以固定安装座（3）的轴心为初始工作半径位置，即初始工作半径为零；当采用配合测量时，通过机床控制***控制驱动基体（2）将滑动安装座（4）移动至距离驱动基体（2）中心轴最远或最近的位置，以滑动安装座（4）轴心与驱动基体（2）的轴心距离为初始工作半径；

S33，测头安装：当采用独立测量时，在固定安装座（3）上安装触发式3D测头（5）；当采用配合测量时，在滑动安装座（4）上安装触发式3D测头（5）；

S34，尺寸测量：通过机床数控***控制主轴将安装有触发式3D测头（5）的驱动基体（2）移动至工件（7）处，通过移动控制触发式3D测头（5）与工件（7）接触的方式获得工件（7）被测部位（7.1）的尺寸信息；其中，当采用独立测量时，机床数控***通过控制机床主轴与在机测量装置同步移动和旋转来使触发式3D测头（5）与工件（7）接触；当采用配合测量时，机床数控***通过在机测量装置的驱动基体（2）控制触发式3D测头（5）径向移动来与工件（7）进行接触，在此期间，机床数控***记录在机测量装置的工作半径变化；

S35，将获得的工件（7）被测部位（7.1）尺寸信息通过驱动基体（2）上传至机床数控***。

8.如权利要求7所述一种精加工粗糙度在机测量方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述粗糙度数据采集包括以下步骤：

S41，更换测头：利用机床数控***控制机床的主轴将安装有触发式3D测头（5）的驱动基体（2）退回至机床的换刀位（11），将触发式3D测头（5）更换为粗糙度测量模块（6）；

S42，设置在机测量装置的移动路径：利用机床数控***调用工件（7）被测部位（7.1）精加工时的加工坐标系以及安全位（12）的坐标，结合工件（7）被测部位（7.1）的坐标信息，以安全位（12）坐标为起点，在安全位（12）坐标与工件（7）的被测区域之间依次设置减速位（13）和缓进位（14）；

S43，工作半径更新：机床数控***基于最终机测量装置的工作半径结合糙度测量模块的结构特征，获取糙度测量模块的工作半径，糙度测量模块的工作半径为相应触发开关（6.5）与在机测量装置轴心的距离；其中，当采用独立测量时，机测量装置的轴心为最终机测量装置的工作半径位置，当采用配合测量时，机床数控***基于步骤S34中记录的在机测量装置的工作半径变化，获取最终机测量装置的工作半径；

S44，消除粗糙度探头（6.4）与被测工件（7）的位置干扰：当采用独立测量时，无需进行消除位置干扰操作；采用独立测量时，则利用机床数控***调用工件（7）被测部位（7.1）的尺寸信息中的特征半径，同时结合糙度测量模块的结构特征和糙度测量模块的工作半径获取粗糙度探头（6.4）的工作半径位置，结合工件（7）被测部位（7.1）的特征半径与粗糙度探头（6.4）的工作半径位置判断粗糙度探头（6.4）与被测工件（7）是否存在干扰，若存在干扰，机床数控***通过驱动基体（2）控制滑动安装座（4）与在机测量装置同步移动后，回到步骤S43，若不存在干扰，则进入步骤S45；

S45，机床数控***基于工件（7）被测部位（7.1）的特征半径和糙度测量模块的工作半径计算粗糙度测量模块（6）的径向调节距离；

S46，粗糙度测量模块（6）移动到位：利用机床数控***对应步骤S42中的安全位（12）坐标、减速位（13）和缓进位（14）控制主轴将安装有粗糙度测量模块（6）的驱动基体（2）移动至工件（7）处，使粗糙度探头（6.4）处于工件（7）被测部位（7.1）；

S47，粗糙度检测：当采用独立测量时，机床数控***基于对应步骤S45中计算的径向调节距离，控制机床主轴与在机测量装置同步移动，使得触发开关（6.5）与工件（7）接触而被接通；当采用配合测量时，机床数控***基于对应步骤S45中计算的径向调节距离，通过驱动基体（2）控制滑动安装座（4）将粗糙度测量模块（6）进行移动，使得触发开关（6.5）与工件（7）接触而被接通；触发开关（6.5）被接通以后，控制糙度测量模块轴向移动，以对粗糙度探头（6.4）与工件（7）被测部位（7.1）的接触段进行扫描，并将粗糙度信息通过驱动基体（2）上传至机床数控***；

S48，根据测量工况判断是否需要换位测量；若需要，则将粗糙度测量模块（6）退回至步骤S45所述的糙度测量模块的工作半径处，通过机床数控***控制主轴使在机测量装置整体轴向旋转相应角度后，回到步骤S47；若不需要，则进入步骤S5。

9.如权利要求7所述一种精加工粗糙度在机测量方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述控制在机测量装置复位，即，则将粗糙度测量模块（6）退回至步骤S45所述的糙度测量模块的工作半径处，利用机床数控***控制机床的主轴将在机测量装置退回至工件（7）被测部位（7.1）精加工时的安全位（12）坐标位置处，并通过机床控制***控制驱动基体（2）将滑动安装座（4）移动至在机测量装置的初始工作半径位置处。

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