[发明专利]触发式传感器轴向触发行程的检定方法及检定辅具

说明书

技术领域

本发明属于在机测量方法技术领域，涉及一种在机测量触发式传感器轴向触发行程的检定方法，还涉及这种检定方法用的一种检定辅具。

背景技术

在机测量技术依托数控机床，在加工位置上对工件进行触测，以实现工件坐标系的建立与调整、加工精度的检验、在线质量监控等功能。它将数控机床的数字控制功能和探测传感装置结合在一起，在测量程序的控制下对工件进行自动测量，输出检测结果，并可根据测量结果自动修改加工程序，提高了生产效率；同时，由于不再需要将工件从机床搬到检测设备上，避免了测量基准与加工基准不重合造成的误差，保证了工件的加工精度，大幅缩短了辅助时间，提高了加工过程的生产力，能以较低的成本，尽可能及时地检测加工误差，并更快地修正，使得数控机床既是加工设备，又兼备测量机的某些功能。

触发式传感器是在机测量技术的关键组件，通过与被测工件的接触，探测工件与机床坐标系的位置关系。其基本结构通常包括支撑连接架、复位弹簧、接触副、探针等，如图1所示。沿圆周相互间隔120°的3个接触副构成一个如图2所示的电回路。当探针与被测工件接触时，在接触力的作用下，支撑连接架发生偏转或抬升，当至少有一个接触副分离时，电回路断路，产生阶跃信号。数控系统以此信号为中断信号，停止各轴运动，锁存此时的各轴坐标，完成一次测量。触发式传感器通常有5个自由度，能沿XY平面内任意方向（径向）及沿+Z方向（轴向）进行触测。

传感器探针接触到被测工件表面与数控系统停止各轴运动并锁存其光栅尺坐标并非同时发生，两者之间存在一个时间差。在此时间差内，传感器与被测工件的相对位移即为传感器的触发行程。触发式传感器测量工作时序如图3所示。触发行程的存在，导致传感器和被测工件的实际接触位置与数控系统所记录的测点位置不相同，产生测量误差。有研究表明，触发行程在在机测量总体偏差中的比重高达60%以上。因此，测量前对传感器的触发行程的进行检定，对提高测量精度是至关重要的。

由于测头触发机构的结构特性，沿不同方向传感器的触发预行程并不相同，甚至有较大差别。精确的触发行程补偿方案，要求具体的沿不同方向准确获取传感器的触发行程。传感器的轴向触发行程往往与沿其他方向的触发行程有较大的差别。如图4所示的数控机床上，沿传感器轴向（Z向）的测量多用于建立工件被加工表面与机床坐标系的位置关系，以确定工件的加工余量及切削深度、测量被加工表面的形状及位置公差等。该测量过程，在实际产品加工工艺流程中使用广泛，对加工精度影响巨大。能否获得精确的轴向触发行程，直接关系到测量、加工结果是否准确。因此在测量前，对传感器的触发行程进行检定，是必不可少的。

现有的触发行程检定方法多关注于传感器径向触发行程，对于专门轴向触发行程的检定方法不多，主要是两种：

一、借助独立于机床环境的检定设备（下称独立法）：检定设备由运动机构、位移检测装置、接触状态判断装置、触发信号检测及运动控制装置等组成。将触发式传感器安装在检定设备上，运动机构带动传感器运动，由位移检测装置检定传感器和检定体接触时刻与传感器发出触发信号时刻之间传感器相对检定体的位移，即得触发行程。

测量时的工况会严重影响传感器的触发行程。为了得到精确有效的触发行程，检定应面向不同的测量任务进行。而独立法存在明显的缺点：一是触发行程的检定独立于机床环境，其检定工况与传感器的测量工况存在较大差别，检定结果不准确；二是实际测量时传感器的触发行程是以数控记录位置坐标的时刻为核算基准，而该法以传感器发出触发信号的时刻为基准进行模拟检定，这导致独立法存在原理误差；三是独立检定设备结构复杂，造价高昂，操作繁琐，难以实现广泛的工程应用。

二、等效半径法：数控系统记录的位置坐标是传感器探针测球球心在机床坐标系下的位置，它与被测工件上的测点位置坐标相差一个测球半径，考虑传感器存在触发行程，在半径补偿时，应以剔除触发行程等效半径为依据修正测量结果。等效半径法是将标准球置于传感器的工作空间内，在其表面上均匀地采集多个点，对测点数据进行处理，得到标准球的测量（计算）半径，标准球公称半径与它的差值即为考虑传感器存在触发行程的测球有效半径，以此为基准修正测量数据，可在一定程度上减小传感器触发行程造成的测量误差。