[发明专利]一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置及测量方法

说明书

本发明涉及一种五轴联动机床主轴头姿态角的测量装置及测量方法，包括以下内容：它包括安装在五轴联动机床的主轴头上的基准装置和安装在五轴联动机床的工作台上的检测装置；基准装置包括基准平面和垂直于基准平面设置的夹持部，夹持部插置在五轴联动机床的主轴头的刀柄中；检测装置包括紧固连接在五轴联动机床的工作台上的基板，在基板上紧固连接垂直于基板的固定部，固定部与垂直于基板设置的长度计紧固连接。本发明充分利用机床自身结构特点，降低了制造成本，简化了结构及测量环节，因此引入误差少，可以达到较高的测量精度。本发明的测量方法利用了五轴联动机床直线进给轴闭环控制的特点，使得结构大为简化，降低了测量成本。

技术领域

本发明涉及一种测量装置及测量方法，特别是关于一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置及测量方法。

背景技术

五轴机床由于其刀具姿态的灵活性，在切削加工中可实现避免多次装夹、降低夹具成本、减小切削力、提高刀具寿命等目的，极大地提高了加工效率。同时，五轴联动机床也被认为是解决叶轮、叶片、大型转子、大型柴油机轴加工的唯一途径，是机械装备制造业中的关键技术。由于五轴联动机床机械结构复杂，存在大量加工、装配误差，因此，对于五轴联动机床，需要通过精确测量主轴头的姿态角等信息，对机床结构误差加以标定和补偿，以达到高精度加工的要求。

目前，国内外针对物体空间姿态角的测量已发展了多种方法，主要包括非接触式和接触式方法。较为常见的非接触式测量方法如激光跟踪仪测量法和CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)测量系统，其中，激光跟踪仪测量方法利用激光跟踪仪测量被测物体上三个点的空间坐标，从而推算出物体的空间姿态角。但激光跟踪仪一般测量误差较大，无法实现高精度测量。而CCD测量系统为一多相机交汇测量系统，可测量相机交汇场中的空间曲线轨迹。CCD测量系统如果采用面阵列则测量精度较低，如果采用线阵列，则需要配备专门的光学系统和处理电路，成本较高，且CCD测量系统对环境依赖性强，在多点测量时误差较大。针对非接触式测量的上述缺点，一些学者采用附加测量机构进行接触式测量，例如在被测物体与测量基准之间加装被动支链，利用被动支链上的附加传感器计算被测物体姿态角。另外，还有利用六根拉杆式直线位移传感器或六个拉线编码器测量物体上六个点到基准点的距离，从而解算出物体在空间中的位置和姿态，但这类方法装配复杂，难以适于五轴联动机床主轴头姿态角的测量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单且使用方便的五轴联动机床主轴头姿态角测量装置及测量方法

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，其特征在于：它包括安装在五轴联动机床的主轴头上的基准装置和安装在所述五轴联动机床的工作台上的检测装置；所述基准装置包括基准平面和垂直于所述基准平面设置的夹持部，所述夹持部插置在所述五轴联动机床的所述主轴头的刀柄中；所述检测装置包括紧固连接在所述五轴联动机床的所述工作台上的基板，在所述基板上紧固连接垂直于所述基板的固定部，所述固定部与垂直于所述基板设置的长度计紧固连接。

所述夹持部为与所述刀柄相配合的圆柱形结构。

所述夹持部通过多个可调节螺栓与所述基准平面紧固连接。

所述固定部通过多个螺钉与所述基板紧固连接。

一种五轴联动机床主轴头姿态角测量方法，其包括以下步骤：1)将基板调至边缘分别与五轴联动机床的X、Y轴平行；2)调节五轴联动机床的X、Y轴，使待测姿态的五轴联动机床的主轴头上的基准平面进入长度计的量程范围；3)在长度计的量程范围内设置至少三组关于X、Y轴的坐标，用长度计测量不同组X、Y轴的坐标下基准平面的Z轴坐标；4)根据步骤3)中测量出的多组坐标，用空间平面方程Ax+By+Cz+D＝0拟合基准平面，得到系数A、B、C、D；5)由于基准平面垂直于五轴联动机床的Z轴，因此可以根据沿Z轴轴线的向量(A、B、C)，获取五轴联动机床主轴头的姿态角。