一种基于激光的在机测量装置及测量方法与流程

本发明属于工件检测技术领域，具体涉及一种基于激光的在机测量装置及测量方法。

背景技术：

在工件的加工过程中，往往需要对工件的加工尺寸进行测量，判断工件的加工精度是否合格，保证工件制备的准确性。

通常情况下，对于工件的检测往往必须在工件完成所有部位加工后，将工件从加工位置取下，再在检测装置中进行装夹、检测，这种检测方式需要对工件进行二次装夹，过程繁琐；而且，上述检测形式无法随时对工件的加工部位进行检测，一旦某一部位的加工精度存在问题，其他部位的加工精度也会对应产生影响，使得工件存在较大的报废风险。

另外，目前针对工件的检测大多采用的是接触式检测方式，这种检测方式对于结构规则的工件而言，能一定程度上实现检测功能，但对于结构不规则的工件(例如弧形面工件、深孔工件)而言，其检测精度往往较低，控制繁琐、效率低下，且容易受到工件结构的限制，需要充分考虑工件测头的测杆长度，测量工具的结构设计受限。而且，接触式的测量方法，往往需要特别规划其测量路径，这对操作人员提出了较高的技术要求，不利于实际的推广应用，存在一定的应用局限性。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种基于激光的在机测量装置及测量方法，能在工件加工完某一部位后，完成该部位的非接触式在机测量，避免工件的重复装夹，保证工件测量的效率和精度，为工件后续加工的精度提供了保障。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种基于激光的在机测量装置，其特征在于，该测量装置可同轴装设于机床主轴安装加工刀具的位置上，其包括测量连接组件、调节组件、测量单元和主轴连接组件；

所述主轴连接组件的一端匹配连接所述测量连接组件，其另一端可对应连接在所述机床主轴上，并可跟随所述机床主轴按特定的测量路径运动；

所述调节组件设置在所述测量连接组件的一端，且该测量连接组件的另一端连接所述主轴连接组件；

所述测量单元为激光测头，其与所述调节组件匹配连接，并可在该调节组件的调节下在一定角度范围内旋转，以对应调节该激光测头所发出测量激光相对于机床主轴轴线的偏转角度；同时，对应所述调节组件设置有锁定部件，其可在所述调节组件需要进行角度调节时解除对其的锁定，并在该调节组件调节到位后将其锁定。

作为本发明的进一步改进，所述调节组件包括具有转轴和转盘的分度轴；所述转盘同轴设置在该转轴的外周，并可随所述转轴同步转动；

对应所述分度轴在所述测量连接组件上开设有阶梯通孔，所述转盘容置在该阶梯通孔的大孔内，所述转轴的一端穿过该阶梯通孔的小孔并在端部限位匹配有滚动轴承，且该转轴的另一端通过安装板连接所述激光测头。

作为本发明的进一步改进，所述转盘的外周环向上间隔开设有多个限位凹槽；所述锁定部件可匹配嵌入对应的限位凹槽中或者从对应限位凹槽中脱离，以实现所述转盘的锁定或者解除锁定。

作为本发明的进一步改进，所述锁定部件包括顶紧轴、弹簧和压块；

所述顶紧轴的一端为匹配端，用于匹配嵌入所述限位凹槽；靠近匹配端端部的顶紧轴外周上沿环向设置有环台；所述弹簧同轴套设在所述顶紧轴的外周，并以其一端抵接所述环台背离匹配端的一侧，且所述弹簧的另一端匹配抵接套设于所述顶紧轴外周的压块端面上；

相应地，在所述测量连接组件上开设有径向贯穿阶梯通孔大孔的阶梯孔，该阶梯孔靠近所述阶梯通孔的一端内径小于另一端的内径，以使得所述匹配端可伸出所述阶梯孔并以环台限位抵接于所述阶梯孔的环形台阶；且所述压块可匹配连接在所述阶梯孔的端部，并将所述弹簧限位封装于所述阶梯孔内。

作为本发明的进一步改进，所述顶紧轴的端部设置有手柄，用于拉动所述顶紧轴并解除该顶紧轴对所述转盘的锁定。

作为本发明的进一步改进，所述主轴连接组件包括刀柄拉钉和测量刀柄；

所述测量刀柄用于连接所述机床主轴，其中部沿轴向开设有安装孔；所述刀柄拉钉同轴安装在所述测量刀柄匹配连接机床主轴一端的安装孔中。

作为本发明的进一步改进，所述测量连接组件包括锥柄轴和转接件；

所述锥柄轴的一端匹配连接在所述安装孔中，另一端对应连接在所述转接件上；

所述转接件呈“倒l形”板状结构，其包括水平设置的第一支板和竖向设置的第二支板，所述锥柄轴连接在该第一支板的顶面，且第二支板的一端连接在该第一支板的底面上；所述调节组件和所述锁定部件设置在所述第二支板上。

作为本发明的进一步改进，所述第二支板连接所述测量单元的一侧端面顶部设置有若干限位轴，用于所述测量单元转动的限位。

作为本发明的进一步改进，所述第一支板的顶面上设置有第一连接触头，并对应该第一连接触头设置有连接触杆，且在所述机床主轴的端面上设置有第二连接触头；

所述第一连接触头与所述测量单元以电连接；所述连接触杆沿竖向延伸，其一端连接在所述第一连接触头上，并可在所述调节组件、所述主轴连接组件、所述机床主轴依次连接后以其另一端抵接所述第二连接触头，实现该测量单元控制电路的导通。

本发明的另一个方面，提供一种基于激光的在机测量方法，其利用上述基于激光的在机测量装置来实现，其步骤包括：

(1)在工件某一部位加工完成后，控制机床主轴复位；

(2)将机床主轴上的加工刀具取下，换上在机测量装置；

(3)根据测量的需要判断所述调节组件是否需要调节；若不需要，直接进行下一步；若需要，先控制锁定部件解除对调节组件的锁定，再将测量单元调节到对应的角度，最后控制所述锁定部件将所述调节组件锁定；

(4)控制所述机床主轴按预定的走行路径走行，并对应打开所述测量单元，通过所述测量单元完成所述工件对应部位的测量。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的基于激光的在机测量装置，其通过测量连接组件、调节组件、测量单元、主轴连接组件等部件的对应设置和对应配合，可实现在机测量装置的对应拼装以及在机床主轴上的对应安装，准确实现机床加工位置处刚完成机加工的工件某一部位的在机测量，避免了工件的取下和二次装夹，提升了工件的测量精度和效率，为工件后续的加工提供了保障，降低了工件的加工、测量成本，保证了工件各部位加工的一致性和准确性；

(2)本发明的基于激光的在机测量装置，其通过调节部件中分度轴、滚动轴承等部件的对应设置，以及锁定部件中顶紧轴、弹簧、压块等结构的对应组合，可准确实现测量单元的可靠设置、转动和锁定，整个工序过程的调节方便，能保证测量单元调节、锁定的精度和可靠性，进而保证工件测量的准确性，减少测量误差的存在；

(3)本发明的基于激光的在机测量装置，其通过优选设置主轴连接组件和测量连接组件的结构组成，利用锥柄轴、转接件、刀柄拉钉、测量刀柄等部件的匹配设置，有效实现了在机测量装置在机床主轴上的对应设置，实现了测量装置与现有机床加工结构的可靠匹配，无需额外设置对应的测量装置，降低了工件在机测量的设备成本，进而降低了工件的加工成本；同时，通过对应改变测量刀柄的结构，使得测量刀柄可准确兼容bt机床、sk机床、hsk机床的主轴，整个测量装置的兼容性强，

(4)本发明的基于激光的在机测量装置，结构简单，测量方法便捷，能有效实现工件某一部位加工完成后的在机测量，避免工件的重复拆装，提升了工件测量的效率和精度，为工件后续加工的精度提供了保障，降低了工件加工的成本，具有较好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例中基于激光的在机测量装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中基于激光的在机测量装置的a-a向剖视图；

图3是本发明实施例中基于激光的在机测量装置的b-b向剖视图；

图4是本发明实施例中的在机测量装置进行工件加工部位测量的示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.锥柄轴，2.转接件，3.限位轴，4.端盖，5.滚动轴承，6.螺母，7.分度轴，8.安装板，9.手柄，10.压块，11.弹簧，12.顶紧轴，13.轴套，14.刀柄拉钉，15.测量刀柄，16.激光测头，17.机床工作台，18.工件，19.第一连接触头，20.连接触杆，21.第二连接触头，22.机床主轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

参阅图1～4，本发明优选实施例中基于激光的在机测量装置包括测量连接组件、调节组件、测量单元和主轴连接组件，其中，测量连接组件的一端连接主轴连接组件，另一端用于实现调节组件的安装；调节组件与测量单元对应安装，用于实现测量单元的对应调节；测量单元为激光测头16，用于实现工件18的扫描测量；主轴连接组件用于连接机床主轴22，用于实现测量单元随机床主轴22的运动，实现工件18的对应检测。

具体而言，本发明优选实施例中的主轴连接组件包括刀柄拉钉14和测量刀柄15，其中，测量刀柄15的一端呈圆锥形结构，如图1中所示，其中部沿轴线开设有安装通孔，用于相关部件的安装。相应地，刀柄拉钉14同轴安装在安装通孔中，其中部开设有连通安装通孔的通孔，且刀柄拉钉14设置在测量刀柄15外径较小的一端，如图2、4中所示。在优选实施例中，测量刀柄15可以是bt刀柄，也可以是sk刀柄或者hsk刀柄，通过测量刀柄15结构的对应选择，可以有效适用于bt机床、sk机床或者hsk机床，大大提升在机测量装置的兼容性。

此外，测量刀柄15的设置与机床主轴22相对应，即机床主轴22上对应测量刀柄15开设有安装孔，刀柄拉钉14和测量刀柄15的圆锥端同轴嵌入机床主轴22的安装孔中，并可通过气缸、油缸等部件将测量刀柄15稳定吸接在机床主轴22上。进一步地，优选实施例中的机床主轴22在实际应用时是用于安装加工刀具的，在这种情况下，不难发现，发明优选实施例中的测量装置与加工刀具可以实现同轴安装(并非两者同时同轴安装，而是可以安装在同一个机床主轴上)，如此，在加工刀具完成工件某一个部位的加工后，可将加工刀具对应更换为测量装置，以此来实现该加工部位的加工精度是否满足实际的需要，以便于及时对后续加工工序进行调整。

进一步地，优选实施例中的测量连接组件连接在测量刀柄15背离刀柄拉钉14的一端，其包括如图2中所示的锥柄轴1和连接件2。其中，优选实施例中的锥柄轴1为模式锥柄轴，其一端连接连接件2，另一端同轴伸入测量刀柄15的安装通孔中，并与之对应连接。同时，优选实施例中的连接件2呈“倒l形”的板状结构，其包括沿水平方向设置的第一支板和沿竖向设置的第二支板，第二支板的顶部固定在第一支板的底面上，两者优选一体成型；相应地，锥柄轴1固定连接在第一支板的顶面上，如图2中所示。

进一步地，在第二支板上沿水平方向开设有贯穿两端面的阶梯安装孔，该阶梯安装孔包括同轴开设的大孔和小孔，用于调节组件的对应安装。优选实施例中的调节组件包括如图2中所示的分度轴7和对应该分度轴7设置的锁定部件。在优选实施例中，分度轴7包括沿水平设置的转轴，以及同轴设置在该转轴一端外周的圆形转盘，该转盘对应嵌设在阶梯安装孔的大孔内，并可在该大孔内以轴套限位并转动；转轴的另一端同轴穿出阶梯安装孔的小孔，并在其穿出端部的外周套设有滚动轴承，且在该穿出部分的端部设置有螺母，如图2中所示，以此，可以对应实现分度轴7在第二支板上的对应安装。此外，在第二支板背离大孔的一侧设置有端盖4，用于将螺母6、滚动轴承5等部件封装。

进一步地，在第二支板靠近大孔的一侧设置有呈板状结构的安装板8，用于实现测量单元的安装，其平行于第二支板的板面设置，其安装板8沿竖向设置，且第二支板的一侧与分度轴对应连接。具体而言，为了实现安装板8的安装，转轴的一端突出转盘的端面，用于与安装板8对应连接，相应地，激光测头16安装在安装板8背离分度轴7的一侧端面上，两者之间通过连接螺钉、连接螺栓等连接件对应连接。

进一步地，在转盘的外周沿环向间隔设置有限位凹槽，如图1、2中所示，上述限位凹槽优选等间隔设置，且相邻两限位凹槽之间所夹的圆心角为15°、30°、45°、或者60°。当然，相邻两限位凹槽之间所夹的圆心角也可以为除上述角度之外的其他角度，且相邻两限位凹槽之间所夹的圆心角可以相等也可以不等，这可以根据实际需要进行优选。

进一步地，对应限位凹槽设置有锁定部件，其设置在第二支板的侧壁面上，优选包括沿转盘径向设置的顶紧轴12、弹簧11、压块10、手柄9。其中，顶紧轴12为如图3中所示的阶梯轴，其一端为对应限位凹槽设置的匹配端，靠近匹配端的外周上设置有圆环结构(也可称之为环台)，相应地，在第二支板的侧壁面上沿转盘径向开设有阶梯孔，该阶梯孔的内径外大内小，即该阶梯孔靠近转盘一侧的内径较小，使得顶紧轴12的匹配端刚好可以穿过，并以圆环结构限位抵接在阶梯孔的环形台阶面上。进一步地，在顶紧轴12的外周上由内至外依次套设有弹簧11和压块10，并在顶紧轴12背离匹配端的端部设置有手柄，弹簧11的两端分别抵接圆环结构和压块10的端面，且压块10可刚好匹配连接在阶梯孔的端部，即将弹簧11封装在阶梯孔中。在实际设置时，当顶紧轴12的匹配端匹配限位凹槽时，弹簧11刚好处于自由状态或者预压缩状态，实际通常为压缩状态。

通过上述设置，可以有效实现分度轴7位置的固定，当分度轴7需要转动时，只需要通过拉动手柄9，使得顶紧轴12向外运动脱离对转盘的锁定，之后转盘便可对应转动。待转动到位后，再松开手柄9，顶紧轴12便可在弹簧11的作用下由外向内运动，继而以匹配端顶紧对应的限位凹槽，从而实现分度轴7在对应角度下的锁定，即实现激光测头16在对应测量角度的锁定。

优选地，为保证激光测头16转动位置控制的准确性，在第二支板的顶部间隔设置有若干个限位轴3，例如优选实施例中并排设置的两个，用于对激光测头16转动的限位，避免激光测头16转动到抵接第一支板底面的位置。在实际设置时，以激光测头16竖向正对底部的位置为0°位置，且逆时针转动的角度为正，顺时针转动的角度为负，则激光测头16实际可调节的角度范围为-90°～+90°，即激光测头16可进行180°内的角度调节，如图1中所示。

进一步优选地，对应测头的控制电缆在第一支板上设置有第一连接触头19，并对应其设置有连接触杆20，连接触杆20沿竖向设置，其一端固定连接第一连接触头19。同时，在机床主轴22的对应位置上设置有第二连接触头21，并使得转接件2通过锥柄轴1、测量刀柄15匹配连接机床主轴22后，连接触杆20的另一端刚好可以抵接匹配第二连接触头21，实现激光测头16控制电路的连通，进而激光测头16可以开始工作。不过，显然，激光测头16控制电路的设置不局限于上述形式，其也可以根据实际需要优选为别的形式，例如无线控制的形式。

通过上述各结构的设置，可以有效实现工件的激光测量，在进行激光测量前，可以根据测量的需要优选设置分度轴7的转动位置，即调节激光测头16所发出的测量激光的偏转角度。同时，还可以根据实际需要对激光测头16的测量过程提前标定，标定时采用标准件固定在机床工作台17上，通过控制机床主轴22运动的速度固定以及机床主轴22的起始位置固定，即机床主轴22轴线与工件的水平距离恒定，进而可以对应标定出从激光测头16启动到稳定测量时所需的时间。利用上述方法，可以标定出分度轴7各分度位置处激光测头16的稳定测量时间，以此保证测量结果的准确性和稳定性，提升测量的准确性。

在优选实施例中，利用上述在机测量装置进行工件对应部位测量的步骤包括：

(1)在工件18的某一部位加工完成后，控制机床主轴22复位；

(2)将机床主轴22上的加工刀具取下，并对应更换上已经完成拼装的在机测量装置，该在机测量装置以刀柄拉钉14和测量刀柄15连接在机床主轴22上；

(3)根据实际测量的需要判断调节组件是否需要调节；若不需要，直接进行下一步；若需要，先控制顶紧轴12解除对分度轴7的锁定，即通过拉动手柄9，将顶紧轴12拉离分度轴7，再控制分度轴7转动，使得激光测头16旋转到对应的角度，最后松开手柄9，使得顶紧轴12可在弹簧11恢复力的作用下顶紧分度轴7转盘外周的对应限位凹槽，实现分度轴7和激光测头16的锁定；

(4)控制机床主轴22按预定的走行路径走行，并对应打开激光测头16，通过激光测头16的对应测量，判断工件18某一部位加工的精度是否满足实际的需要，以指导工件接下来的加工；

(5)将机床主轴22复位，再将在机测量装置取下，换上对应的加工刀具，以进行工件18上对应位置的加工，加工完后，再进行步骤(1)～(4)中的测量过程，以完成工件18各位置的加工和测量。

本发明中的基于激光的在机测量装置，其结构简单，设置简便，能准确实现工件加工后的在机测量，无需工件从加工位置取下后进行二次装夹，只需要对应将机床主轴上的加工刀具更换为测量装置即可，整个过程简单，便捷，能有效提升检测的准确性和效率，避免传统接触式测量工具设置过程中存在的缺陷，并能结合激光测头本身的特点实现线扫描或者面扫描，极大地丰富了测量的形式，具有较好的应用前景和推广价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。