[实用新型]一种机床三轴五自由度测头数据同步采集系统

说明书

本实用新型公开一种机床三轴五自由度测头数据同步采集系统，机床三轴五自由度测头分为X轴测头、Y轴测头和Z轴测头，三个测头的轴向测量原理相同，X轴测头、Y轴测头和Z轴测头均由激光发射端和激光接收端组成，数据同步采集系统包括供电及控制机箱、上位机和数控系统，激光发射端和激光接收端均与供电及控制机箱通过屏蔽双绞线相连接，供电及控制机箱与上位机通过串口线相连接，上位机与数控系统通过传输线连接。

技术领域

本实用新型属于机床多自由度误差测量数据采集领域，特别是机床三轴五自由度测头的数据采集系统。

背景技术

机床，是机械加工的工作母机，多轴联动的高精度数控机床等是实现高效高质量加工的重要手段，其加工精度是体现国家制造业水平高低的主要指标之一，采用恰当的方法提高机床的精度具有十分重要的意义。提高机床精度的基本方法有误差防止法和误差补偿法，其中误差补偿法通过测量机床的原始误差，通过机床误差模型算法解算出补偿量来削减原始误差。这种方式无需对已有硬件设备进行改造，可以减少硬件开销，经济有效且补偿精度高。误差的测量是误差补偿法的基础，常见的数控机床为三轴机床，包括21项几何误差，分别是各轴对应的六自由度误差以及每两轴之间的正交误差。目前，国内外用来测量机床误差的仪器有很多，如激光干涉仪、激光跟踪干涉仪、球杆仪等，但由于安装调整过程复杂，测量周期长，造价高、体积大等因素不能集成在数控机床中。专利号2019109776237，“带光路漂移补偿的收发分体式五自由度测量装置与方法”中提出一种基于激光准直与自准直原理实现测量的机床三轴五自由度测头，可同时测量机床三轴五自由度误差和激光角度漂，且可集成于数控机床。其原理如图1所示。

目前，机床三轴五自由度测头的数据采集系统存在不能实时同步采集的问题，采集到的机床误差信息不是同一时刻的数据，影响了机床空间误差解算的精度，阻碍了机床三轴五自由度测头的广泛使用和推广。为了同时采集多个角度及位移数据，分析机床多自由度的误差信息，需要多个测量装置同时采集数据，这就需要各个数据采集系统设置统一的时间基准，如果各个系统的同步精度不高，则采集到的数据具有较大的误差，从而导致解算得到的误差补偿值具有较大的误差，难以满足现代环境下高精度机床的加工精度要求。同时，机床三轴五自由度测头的数据采集系统大多是利用上位机中的高性能的中央处理器对误差信号进行处理、检测和分析。这种处理方法虽然简单，但中央处理器计算负担较大，且高性能的中央处理器价格昂贵，使得检测系统成本增加。即便是高性能的中央处理器，其计算能力和计算资源也十分有限，使得一台上位机难以同时采集、传输、处理较多通道的机床误差数据。

机床的误差采集往往是微小角度或者微小位移的多通道数据采集，其误差信号的变化十分微弱，必须使用一定的处理方法将信号放大，滤除噪声；采集系统的电路还应具有低漂移、抗干扰能力强的特点；各采样通道之间存在一定的相互干扰，也会影响数据采集的稳定性和测量的准确性。因此研制一种用于机床误差高精度、多自由度、实时同步采集的数据采集方法与系统具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种机床三轴五自由度测头数据同步采集系统。具有微小信号获取、放大、滤波功能，同时对系统进行电磁兼容设计，提高抗干扰能力；实现机床误差同步采集，提高机床空间误差解算的准确性。通过数据多级处理方法，实现数据高效处理，提高实时性。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种机床三轴五自由度测头数据同步采集系统，机床三轴五自由度测头分为X轴测头、Y轴测头和Z轴测头，三个测头的轴向测量原理相同，X轴测头、Y轴测头和Z轴测头均由激光发射端和激光接收端组成，数据同步采集系统包括供电及控制机箱、上位机和数控系统，激光发射端和激光接收端均与供电及控制机箱通过屏蔽双绞线相连接，供电及控制机箱与上位机通过串口线相连接，上位机与数控系统通过传输线连接；