CN115256051A - 一种激光检测机床旋转轴位置精度的辅助装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光检测机床旋转轴位置精度的辅助装置及方法，装置包括激光角度反射镜固定底座上设有若干螺钉孔位，工装本体与激光角度反射镜固定底座通过若干螺钉孔位利用螺钉连接，工装本体上的旋转坐标轴旋转中心配合结构制作为腰型孔。方法为通过设定其激光检测硬件设备工作以及对激光检测软件设定工作完成激光检测旋转轴定位精度方法。发明的有益效果：(1)辅助装置能有效解决旋转轴激光位置检测工作实施难等问题；(2)该工装能实现角度位置精度的自动获取，并生成补偿数据，大大提升激光补偿工作效率，减少了维护时间；(3)该辅助装置的设计，能满足现场设备的激光位置精度检测，实现通用性设计。

Description

一种激光检测机床旋转轴位置精度的辅助装置及方法

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，具体涉及数控设备旋转轴位置精度检测装置技术领域，涉及一种激光检测机床旋转轴位置精度的辅助装置及方法。

背景技术

为满足五坐标加工中心加工能力、提升整体加工精度要求，关键是要保证加工中心坐标轴位置精度，尤其是旋转轴的位置精度，现有举措则是利用激光干涉仪，实现伺服轴位置精度检测，干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉***测量位移的通用测量工具。普通线性轴的测量可利用自身线性运动，无角位移变化，不需要特殊工装即实现测量工作。而对于旋转轴的检测，由于圆周运动，在被检测坐标轴实现角度旋转步进运动时，如果不借助辅助装置，将无法实现旋转轴角度位置精度检测。在加工现场，大多数五坐标加工中心旋转轴的位置检测均源自出厂时的报告，但由于现场设备在使用过程中涉及到维护、维修，完成维修工作后恢复设备精度则是不可或缺的步骤。针对数控五坐标加工中心旋转轴激光检测，现有手段则是利用位置精度检测基本原理，手动实现，普通手动补偿方式，繁琐且低效，无法实现自动补偿。利用现有激光干涉仪，解决补偿操作的复杂性和低效率，利用旋转轴结构和位移方式设计辅助装置，总体思路：设计一种辅助装置，该工装可安装在旋转轴非运动部位，且该工装安装后与旋转轴中心同心。再将激光干涉仪角度反射镜固定在辅助装置上，可实现旋转轴位置精度检测。因此实施多轴机床特别是常规五坐标加工中心旋转轴位置精度检测、补偿，是机床在制造、使用过程中加工精度保证的关键，对于生产使用现场，定期开展五坐标加工中心旋转轴激光位置精度的检测工作，是设备管理和维护加工精度、满足生产要求的必要手段。

发明内容

本发明的目的为解决现场五坐标加工中心旋转轴位置精度自动补偿工作，解决因缺少辅助装置而导致无法开展旋转轴激光检测工作难题。利用激光干涉仪的高精度性，通过补偿程序自动测量旋转轴位置角精度，并实施误差采集和补偿，实现旋转轴位置精度的检测工作。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，包括激光角度反射镜固定底座、工装本体、旋转坐标轴旋转中心配合结构，其特征在于：激光角度反射镜固定底座上设有若干螺钉孔位，工装本体与激光角度反射镜固定底座通过若干螺钉孔位利用螺钉连接，工装本体上的旋转坐标轴旋转中心配合结构制作为腰型孔。

进一步的，所述激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置通过旋转坐标轴旋转中心配合结构安装在旋转轴非运动部位处，且辅助装置和激光检测机床旋转轴中心同心。

进一步的，所述激光角度反射镜固定底座和干涉仪角度反射镜互动支架连接，干涉仪角度反射镜互动支架连接角度反射镜。

其中，根据不同设备类型不同、安装位置存在差异，在设计的工装上与旋转中心配合部分制作成腰型孔，以满足现场不同设备的通用性。

本发明采用另外一种技术方案：一种激光检测旋转轴定位精度方法，采用激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，其特征在于方法步骤如下：

第一步，准备好激光检测硬件设备，包括但不限于激光发射器、角度干涉镜、角度反射镜、反射镜互动支架、辅助装置、激光检测机床旋转轴；

第二步，对激光检测硬件设定工作，包含但不限于对激光发射器的架设、角度干涉镜、反射镜的安装、通讯线的连接；

第三步，进一步完成激光光束的调试校准工作、旋转轴位置精度检测工作和补偿；

第四步，对激光检测软件设定工作，包含但不限于硬件和软件的通讯连接、角度反射镜回参考点、运行数据设定、数据采集、数据分析。

其中第二步，将辅助装置安装在激光检测机床旋转轴运动中心不运动部位上，通过螺钉连接，辅助装置下端设有磁性百分表架，磁性百分表架上设有磁性百分表，磁性百分表架固定在侧盖不动部分，表针指向辅助装置侧母线。

关于第二步，将激光角度反射镜和辅助装置安装配合时，激光角度反射镜下端设有磁性百分表架，磁性百分表架上设有磁性百分表。

关于第二步，将激光发射器支架固定于硬质基面上，激光发射器支架上安装有激光发射器，连接好电源线，进行预热，同时利用水平仪调整好激光发射器的水平度。

关于第三步，将激光角度干涉镜固定在激光发射器和角度反射镜之间，并调整好位置，使激光光束大致在反射镜框范围内；将调光光靶安装在角度干涉镜上，面向激光头方向，调光光靶白点在上，调整激光头位置，使得激光光束射向调光光靶白点中心上；拆下光靶后，激光光束将通过激光角度干涉镜干涉后变成两束激光平行射出；安装角度反射镜，使准直辅助面面对角度干涉镜，微调角度反射镜和激光发射头的位置，使两束平行光入射准直辅助面的上光靶白点上，最终实现返回光束在激光头回收孔处重合，并且激光发射器信号灯全为绿灯即可，这就完成整个光路的校准调试工作。

发明的有益效果：(1)辅助装置能有效解决旋转轴激光位置检测工作实施难等问题；(2)该工装能实现角度位置精度的自动获取，并生成补偿数据，大大提升激光补偿工作效率，减少了维护时间；(3) 该辅助装置的设计，能满足现场设备的激光位置精度检测，实现通用性设计。

附图说明

图1为本发明的激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置示意图一。

图2为本发明的激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置示意图二。

图3为本发明的激光检测机床旋转轴位置精度方法示意图。

图4为本发明的激光检测原理图。

图5为本发明的辅助装置校准示意图。

其中：1-激光角度反射镜固定底座、2-工装本体、3-旋转坐标轴旋转中心配合结构、4-螺钉孔位、5-激光发射器、6-角度干涉镜、7- 角度反射镜、8-反射镜互动支架,9-旋转轴中心、10-激光发射孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细阐释。

在本发明中，包含两部分内容，一是辅助装置的实施，二是基于辅助装置的激光检测旋转轴定位精度方法。

如图1、图2、图3和图5所示，辅助装置的实施为：一种激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，包括激光角度反射镜固定底座1、工装本体2、旋转坐标轴旋转中心配合结构3，其特征在于：激光角度反射镜固定底座1上设有若干螺钉孔位4，工装本体2与激光角度反射镜固定底座1通过若干螺钉孔位4利用螺钉连接，工装本体2上的旋转坐标轴旋转中心配合结构3制作为腰型孔。

进一步的，所述激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置通过旋转坐标轴旋转中心配合结构3安装在旋转轴非运动部位处，且辅助装置和激光检测机床旋转轴中心9同心。

进一步的，所述激光角度反射镜固定底座1和干涉仪角度反射镜互动支架8连接，干涉仪角度反射镜互动支架8连接角度反射镜7。

一种激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，其主要工作原理如下：(a)适用于五坐标加工中心A/B轴机床类型结构，同样也适用于转台结构。(b)连接设备旋转中心运动部分和激光反射镜组两大部分，用于空间和位置受限的旋转轴，已解决便于实施激光定位精度检测工作。(c)为保证检测过程中光源反馈的稳定性和真实性，以免在运行采集程序时，丢失部分点位，造成补偿数据的失真，安装辅助装置时，要利用百分表调整工装与旋转轴运动中心处同心度。

如图1-图5所示，基于辅助装置的激光检测旋转轴定位精度方法，采用激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，其特征在于方法步骤如下：

第一步，准备好激光检测硬件设备，包括激光发射器、角度干涉镜、角度反射镜、反射镜互动支架、辅助装置、激光检测机床旋转轴；

第二步，对激光检测硬件设定工作，包含但不限于对激光发射器的架设、角度干涉镜、反射镜的安装、通讯线的连接；

第三步，进一步完成激光光束的调试校准工作、旋转轴位置精度检测工作和补偿；

第四步，对激光检测软件设定工作，包含但不限于硬件和软件的通讯连接、角度反射镜回参考点、运行数据设定、数据采集、数据分析。

关于第二步，将辅助装置安装在激光检测机床旋转轴运动中心不运动部位上，通过螺钉连接，辅助装置下端设有磁性百分表架，磁性百分表架上设有磁性百分表。如图5所示，转动待测旋转轴，以调整辅助装置和运动中心的同心度，误差控制在0.02mm以内，锁紧螺钉即可。

关于第二步，将激光角度反射镜和辅助装置安装配合时，激光角度反射镜下端设有磁性百分表架，磁性百分表架上设有磁性百分表。如图5所示，为减少测量误差误差，同样需要打表调试同心度，保证误差在0.02mm以内。

关于上述具体安装步骤，选择待测量的旋转轴，将侧盖拆开，将辅助装置与旋转轴运动部分中心位置，轴心为运动部分，用螺钉连接好，利用辅助装置设计的腰型孔，调整辅助装置与旋转轴的中心位置同心度和激光角度反射镜固定底座与辅助装置的同心度随后固定好角度反射镜。

关于第二步，待测加工中心若非绝对式测量***，在实施前，对所有需要回零的运动坐标轴进行回参考点。

关于第二步，将激光发射器支架固定于硬质基面上，激光发射器支架上安装有激光发射器5(激光发射器5通过激光发射孔10发出)，连接好电源线，进行预热，同时利用水平仪调整好激光发射器的水平度。

关于第三步，将激光角度干涉镜6固定在激光发射器5和角度反射镜7之间，并调整好位置，使激光光束大致在反射镜框范围内；将调光光靶安装在角度干涉镜上，面向激光头方向，调光光靶白点在上，调整激光头位置，使得激光光束射向调光光靶白点中心上；拆下光靶后，激光光束将通过激光角度干涉镜干涉后变成两束激光平行射出；安装角度反射镜，使准直辅助面面对角度干涉镜，微调角度反射镜和激光发射头的位置，使两束平行光入射准直辅助面的上光靶白点上，最终实现返回光束在激光头回收孔处重合，并且激光发射器信号灯全为绿灯即可，这就完成整个光路的校准调试工作。

关于第四步，激光干涉仪软件设定实施方式：

具体步骤为：

(1)根据激光干涉仪软件Renishaw RotaryXL XR20-W，设定操作方式，设置好设备与软件的通讯调试工作，以待后续对旋转轴进行定位精度检测工作。

(2)开启新的测试，设定运行次数、运行顺序、目标顺序、采集时间、越程、目标起始位置和步距；

(3)在数控设备上编辑运行程序，实现待测轴以设定的步距和暂停时间，由起点位置到终点实现自动往返运行。

关于第四步，激光位置检测过程的实施方式，实施自动测量时，对测量软件进行回参考点、并关闭补偿生效参数，具体步骤为：

(1)执行自动运行程序，软件起始点(90°)误差值置零，并开始运行采集；

(2)以待测旋转轴行程±90°为例，步进10°为一增量，采集时间为4s，分段测量出被测旋转轴位置精度误差值；

(3)实施双向往返执行一次测量，并将误差数据补偿到对应轴的螺距补偿文本；

(4)在自动方式下运行该程序，并打开补偿生效参数，让测量轴补偿生效；

(5)重复步骤(3)和步骤(4)，实现测量次数至少三次以上，以获取测量轴的定位精度和重复定位精度情况；

(6)进一步的，当所测量的数据经过软件分析后，所有的误差均在合格范围内，即完成测量轴激光位置精度测量和补偿工作。

通过采取数据后，得到的测量轴数据如下：

多次重复测量所得数据分析，可获得反向量差、重复定位精度、位置偏差等具体数据。

Claims (8)

1.一种激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，包括激光角度反射镜固定底座、工装本体、旋转坐标轴旋转中心配合结构，其特征在于：激光角度反射镜固定底座上设有若干螺钉孔位，工装本体与激光角度反射镜固定底座通过若干螺钉孔位利用螺钉连接，工装本体上的旋转坐标轴旋转中心配合结构制作为腰型孔。

2.根据权利要求1所述的一种激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，其特征在于：所述激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置通过旋转坐标轴旋转中心配合结构安装在旋转轴非运动部位处，且辅助装置和激光检测机床旋转轴中心同心。

3.根据权利要求1所述的一种激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，其特征在于：所述激光角度反射镜固定底座和干涉仪角度反射镜互动支架连接，干涉仪角度反射镜互动支架连接角度反射镜。

4.一种激光检测旋转轴定位精度方法，采用权利要求1所述激光检测机床旋转轴位置精度辅助装置，其特征在于方法步骤如下：

第一步，准备好激光检测硬件设备，包括但不限于激光发射器、角度干涉镜、角度反射镜、反射镜互动支架、辅助装置、激光检测机床旋转轴；

第二步，对激光检测硬件设定工作，包含但不限于对激光发射器的架设、角度干涉镜、反射镜的安装、通讯线的连接；

第三步，进一步完成激光光束的调试校准工作、旋转轴位置精度检测工作和补偿；

第四步，对激光检测软件设定工作，包含但不限于硬件和软件的通讯连接、角度反射镜回参考点、运行数据设定、数据采集、数据分析。

5.根据权利要求1所述的一种激光检测旋转轴定位精度方法，其特征在于：将辅助装置安装在激光检测机床旋转轴运动中心不运动部位上，通过螺钉连接，辅助装置下端设有磁性百分表架，磁性百分表架上设有磁性百分表，磁性百分表架固定在侧盖不动部分，表针指向辅助装置侧母线。

6.根据权利要求1所述的一种激光检测旋转轴定位精度方法，其特征在于：将激光角度反射镜和辅助装置安装配合时，激光角度反射镜下端设有磁性百分表架，磁性百分表架上设有磁性百分表。

7.根据权利要求1所述的一种激光检测旋转轴定位精度方法，其特征在于：将激光发射器支架固定于硬质基面上，激光发射器支架上安装有激光发射器，连接好电源线，进行预热，同时利用水平仪调整好激光发射器的水平度。

8.根据权利要求1所述的一种激光检测旋转轴定位精度方法，其特征在于：将激光角度干涉镜固定在激光发射器和角度反射镜之间，并调整好位置，使激光光束大致在反射镜框范围内；将调光光靶安装在角度干涉镜上，面向激光头方向，调光光靶白点在上，调整激光头位置，使得激光光束射向调光光靶白点中心上；拆下光靶后，激光光束将通过激光角度干涉镜干涉后变成两束激光平行射出；安装角度反射镜，使准直辅助面面对角度干涉镜，微调角度反射镜和激光发射头的位置，使两束平行光入射准直辅助面的上光靶白点上，最终实现返回光束在激光头回收孔处重合，并且激光发射器信号灯全为绿灯即可，这就完成整个光路的校准调试工作。

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