CN201815920U - 加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种加工系统，长条形物件其构成包含有：车床和非接触测定装置；其中车床具有将长条形长条形物件的两端点分别支撑使长条形物件维持水平的端点支持机构，与支撑刀具的刀物台，以及可以使刀物台在正交的3轴方向移动的移动机构，和控制移动机构的控制装置；其中非接触测定装置，具备有一个可拆装于刀物台的测定头和一个弯曲形状算出部，当长条形物件达到加工时的旋转速度后，该测定头会测定出长条形物件的表面到测定头的间距，由弯曲形状算出部根据该间距算出长条形物件的弯曲形状。最后控制装置会通过所述弯曲形状算出部所算出长条形物件的弯曲形状来移动所述刀具。本实用新型的加工系统可以让加工长条形物件在弯曲的状况下也能提高加工精准度。

Description

加工系统

技术领域

本实用新型提出一种加工系统，利用端点支撑部将长条形对象的两端点维持其水平，使被支持的长条形对象围绕其轴线中心进行旋转，利用刀具支撑部所支撑的刀具进行加工。

背景技术

目前车床系列的加工装置中，当对长条形物件进行加工时，如日本专利特开2002-59301号公报所记载的方式，支持该长条形对象的两端点进行加工。

但是，以此方式支持者，在长条形对象W为长条形的情况时，如图8所示，长条形对象W由于本身的重量而弯曲，在这种长条形物件弯曲的状况下，无法准确的对长条形物件W进行加工。另外，在图8中组件符号100分别表示用以支持长条形对象W的两端点的夹头。

因此，如日本专利特开2004-261935号公报所公开，不只是支持长条形对象的两端点，亦利用制动器等支持其中央部，在防止该中央部的弯曲的状况下进行加工。

然而，即使在支撑长条形对象W的中央部，如图9所示，因为不能防止支撑长条形物件W的端点的夹头100和制动器101之间所造成的弯曲、或是制动器101因本身的重量所造成的弯曲，所以在这些因素下，刀具便无法精准的对长条形物件W进行加工。

实用新型内容

本实用新型针对所述现有技术存在的问题，提供一种即使长条形对象有弯曲亦可以精准的进行加工的加工系统。

为了达成所述的目的，本加工系统是一个可以将长条形对象维持其水平并对表面进行加工的加工装置，和一个可以测定该加工长条形对象弯曲形状的非接触测定装置构成，所述加工装置具备有：端点支撑部，将所述长条形对象的两端点分别维持其水平；旋转驱动装置，用来使被所述端点支撑部支持的长条形对象围绕其轴线中心旋转；刀具支撑部，用来支撑刀具固定，设置成可以在与所述长条形对象的轴线平行的Z轴、与该Z轴正交的X轴、和与所述Z轴和X轴的双方正交的Y轴的正交3轴方向自由移动；刀具移动装置，用来使所述刀具支撑部移动；和控制装置，用来控制所述旋转驱动装置和刀具移动装置；

所述非接触测定装置包括：测定头，所述测定头可装拆于刀具支撑部，在所述Z轴方向的多个测定位置，当长条形对象被旋转驱动装置驱动并达到加工时的旋转速度后，该测定头会以非接触式的方式测定长条形对象表面与测定头之间的距离；弯曲形状算出单元，根据利用所述测定头在所述各个测定位置测定到的距离，和所述控制单元在测定所述距离时所得到所述刀具支撑部的位置，可以计算出所述长条形对象的弯曲形状；和

所述控制装置会利用弯曲形状算出单元算出的弯曲形状后，使所述刀具在加工时可以跟着长条形对象弯曲形状做出相对的移动。所述加工系统所算出的长条形物件弯曲形状，会在加工前先被计算出来，而所述长条形物件的弯曲形状，是指长条形对象旋转时所造成的弯曲形状。此处算出旋转中的长条形物件弯曲形状是本实用新型发明人经过不断的研究所得到的结果，发明人发现长条形物件在静止时和旋转时，长条形物件的弯曲状态会不同。因此，当测定长条形对象静止时长条形物件的弯曲形状时，这时测定到的弯曲与欲加工的长条形物件旋转时测定到的弯曲不同。因此，在本实用新型中以下面所述的方式算出长条形对象的弯曲形状。

亦即，利用旋转驱动装置，使被端点支撑部支撑的长条形对象，以加工时的旋转速度围绕轴线中心旋转，该测定头以非接触式测定长条形对象表面和测定头之间的距离后，在Z轴方向上多个位置进行测量，根据在各个测定位置测定到的距离和测定距离时的从控制装置得到的刀具支撑部的位置，可算出长条形对象的弯曲形状。

然后，用此方式算出长条形对象的弯曲形状，控制在刀具支撑部支撑的刀具，使该刀具和长条形物件相对移动，对所述长条形对象的表面进行加工，这时控制装置便可以让刀具沿着弯曲形状算出单元所算出的弯曲形状做出移动。

依照此种方式来做长条形对象加工时，因为是在长条形对象旋转的速度与真实加工的时旋转的速度相同，所以可以正确算出加工时所产生的弯曲形状。另外，因为刀具会以此方式算出的弯曲形状做移动，所以即使长条形对象有弯曲，或长条形物件旋转时和长条形物件静止时，就算长条形对象的弯曲状态不同时，仍然能精准的对长条形对象进行加工。

另外，因为使用非接触式的测定头，所以可以测定在旋转中的长条形对象，与使用接触探针的接触式的测定机只能测定静止的长条形对象有所不同。另外，所述测定头包含有：发光组件，对所述长条形对象的表面照射激光；感光组件，用来接受被所述长条形对象的表面反射的激光；和距离算出单元，根据所述感光组件的受光资料，算出所述长条形对象的表面和测定头之间的距离。

另外，所述发光组件在所述Y轴方向照射激光的同时，所述测定头会随所述刀具支撑部在X轴方向移动，使发光原件也在X轴的方向移动，在该移动方向的多个位置测定所述的距离；此时所述弯曲量计算单元就可以根据所述测定头所分别测定到的距离，和所述控制单元在测定所述距离时所得到刀具支撑部的各个位置，算出在所述各个测定位置时长条形对象的中心位置，接着算出长条形对象弯曲形状。因此，可以从长条形对象的中心位置求得长条形对象的弯曲形状。另外，也可以在算出长条形对象的中心位置时从长条形对象表面的多个测定位置求得长条形对象的弯曲形状，亦可以从长条形对象表面的多个测定位置和原本就知道的长条形对象直径来求得长条形物件的弯曲形状。

另外，所述发光组件亦可以构建成在上下方向照射激光，和所述测定头在所述各个测定位置，测定所述长条形对象的顶部表面和测定头之间的距离。

另外，在所述加工装置亦可以设置1个以上的中央支撑部，用来支撑被所述端点支撑部支撑的长条形对象中央部。在此处的长条形对象中央部并不是指长条形对象轴线方向的正中央，而是指长条形对象的一端点和另一端点之间。

依照所述方式叙述的本实用新型的加工系统时，因为求得在长条形物件加工时产生的弯曲，使刀具沿着该弯曲移动，所以可以更精准的对长条形对象进行加工。

附图说明

图1是立体图，以一部分方块图表示关于本实用新型的一实施例的加工系统的概略构造。

图2是剖视图，用来表示关于本实施例的测定头的概略构造。

图3是说明图，用来说明本实施例的测定头和长条形对象表面之间的距离测定。

图4是说明图，用来说明本实施例的测定头和长条形对象表面之间的距离测定。

图5是说明图，用来说明本实施例的加工时的刀具移动。

图6是说明图，用来说明本实用新型的另一实施例的测定头和长条形对象表面之间的距离测定。

图7是说明图，用来说明本实用新型的另一实施例的加工时的刀具移动。

图8是说明图，用来说明先前技术的问题。

图9是说明图，用来说明先前技术的问题。

图中

1加工系统         10车床

13第1夹头         15第2夹头

20刀物台          21制动器

25控制装置        30激光式测定装置

31测定头          32激光振荡器

33CCD摄影机       39距离算出部

50资料处理装置    54弯曲形状算出部

55校正量算出部

具体实施方式

以下根据附图用来说明本实用新型的具体实施方式。另外，图1是立体图，以一部分的方块图表示关于本实用新型的一实施例的加工系统的概略构造，图2是剖视图，用来表示关于本实施例的测定头的概略构造。

如图1所示，本实施例的加工系统1由一个装有加工装置的车床10，和一个激光式测定装置30构成；该激光式测定装置30可以测得在车床10上加工的长条形物件W弯曲形状，而车床10配合着长条形对象的弯曲形状来让刀具移动。所述车床10包含有：床部11；第1主轴台12，被固定地设在床部11上；第1主轴(未图示)，设于第1主轴台12上使长条形对象可以围绕水平的轴线中心自由旋转；第1夹头13，装在第1主轴的前端，用来把持长条形对象W的一端点使其成为水平；第2主轴台14，面对第1主轴台12，而且被设在床部11上成为可以在第1主轴(未图示)的轴线方向(Z轴方向)自由移动；第2主轴(未图示)，成为与第1主轴的轴线同轴，而且利用第2主轴台14支撑使长条形对象使其可以围绕轴线中心自由旋转；第2夹头15，装在第2主轴的前端，用来把持长条形对象W的另外一端点使其成为水平；支柱16，被固定在床部11上；第1滑动件17，上部被支柱16支撑和下部被床部11支撑，设置成可以在Z轴方向自由移动；第2滑动件18，被设置在第1滑动件17上并成为可以在上下方向(X轴方向)自由移动；通心轴19，被设置在第2滑动件18，成为可以在与Z轴和X轴的双方正交的Y轴方向自由移动；刀物台20，被支持在通心轴19之前端；和复数个制动器21，被设置在第1主轴台12和第2主轴台14之间且设在床部11上，可以在Z轴方向和X轴方向自由移动，用来支持长条形对象W的中央部。

另外，车床10更具有未图示之：旋转驱动机构，用来使第1主轴围绕其轴线中心旋转；第1Z轴移动机构，用来使第2主轴台14在Z轴方向移动；第2Z轴移动机构，用来使第1滑动件17在Z轴方向移动；第1X轴移动机构，用来使第2滑动件18在X轴方向移动；Y轴移动机构，用来使通心轴19在Y轴方向移动；第3Z轴移动机构和第2X轴移动机构，分别被设置成与各个制动器21对应，分别使制动器21在Z轴方向移动和在X轴方向移动；和控制装置25，用来控制移动机构动作。另外，所述的各个移动机构由驱动马达、螺栓杆和螺帽等构成。

所述刀物台20具备有：刀具主轴20a，使刀具可以围绕轴线中心自由旋转；和驱动马达(未图示)，用来使刀具主轴20a围绕其轴线中心旋转；刀具(未图示)被装在刀具主轴20a。

所述各个制动器21设置在床部11上，下方有一个可在Z轴方向自由移动之移动台22，和一个设置在移动台22上且可在X轴方向自由移动并支撑长条形对象W的止振本体23所构成，移动台22由第3Z轴移动机构驱动，止振本体23由第2X轴移动机构驱动。另外，该制动器21用来支撑长条形对象W的中央部，使被止震本体23支撑的中央部与长条形对象W的两端点高度相同。所述控制装置25控制所述各个移动机构，使刀物台20移动，使该刀物台20所配置的刀具，在被夹头13、15和制动器21支撑的长条形对象W的轴线方向移动，用来对长条形对象W的表面加工，这时，根据利用后面所述的校正量算出部55分别算出其校正量，使所述刀具沿着后面所述的弯曲形状算出部54所算出的弯曲形状移动。例如，依照校正量校正预先设定的刀具移动路径，使该刀具移动路径成为沿着所述弯曲形状的路径，依照校正量校正预先设定的刀具移动位置，使该些移动位置成为沿着所述弯曲形状的位置。

所述激光式测定装置30的构成包含有：测定头31，当长条形对象W达到加工时的相同旋转速度时，测定量测头与长条形对象W的表面间的距离；资料处理装置50，根据测定头31测定到的距离有关的资料(距离资料)等，算出长条形物件W的弯曲形状。

另外，算出长条形对象W的旋转中的弯曲形状是本实用新型的创作者们不断研究的结果，发现在长条形物件W静止时和长条形物件W旋转时，长条形物件W的弯曲状态会成为不同。因此，即使在长条形对象W静止时测定长条形物件W的弯曲，这时测定到的弯曲会与加工长条形物件W的旋转时所测定到的弯曲不同。因此，本实施例中是算出长条形物件W的旋转中的弯曲形状。

所述测定头31具备有：激光振荡器32，朝向长条形对象W的表面在Y轴方向照射激光；CCD摄影机33，用来接受被长条形对象W的表面反射的激光，以产生2次元影像资料；棱镜34和反射镜35，将来自激光振荡器32的激光导引到长条形对象W的表面；2个之凸透镜36、37，用来使被长条形对象W的表面反射的激光，成像在CCD摄影机33的摄影面33a上(具体而言，收敛成为环状影像)；光圈38，配置在CCD摄影机33和凸透镜37之间；距离算出部39，根据利用CCD摄影机33所产生的2次元影像资料，用来算出长条形对象W的表面和测定头31之间的Y轴方向距离(激光之照射点P和CCD摄影机33之摄影面33a之间的距离)；发信装置(未图示)，以无线通信将利用距离算出部39算出的距离资料发信到资料处理装置50；框体40，用来收容激光振荡器32、CCD摄影机33、棱镜34、反射镜35、凸透镜36、37、光圈38、距离算出部39和发信装置等；和装着构件41，被固定地设在框体40的上面，对所述刀具主轴20a成为可装卸。

所述距离算出部39根据利用CCD摄影机33产生的2次元影像资料，抽出反射激光的环状影像，辨识所述环状影像的直径，从该辨识到的直径算出照射点P和摄影面33a之间的距离。

另外，刀物台20在被装着于刀具主轴20a的状态，例如，如图3所示，在X轴方向移动，使所述测定头31在相同方向移动，在该移动方向的多个位置测定所述距离。另外，此种测定，如图4所示，分别在被设定于长条形对象W的轴线方向的多个位置实施该测定。

所述资料处理装置50具备有：距离资料取得部51，以无线通信接受和取得从测定头31发信的距离资料；距离资料记忆部52，用来记忆利用距离资料取得部51取得的距离资料；位置资料记忆部53，用来记忆从所述控制装置25获得的刀物台20在X轴、Y轴和Z轴方向的移动位置资料；弯曲形状算出部54，根据距离资料记忆部52和位置资料记忆部53所储存的资料，算出长条形物件W的弯曲形状；和校正量算出部55，根据利用弯曲形状算出部54算出的弯曲形状，算出校正量。另外，弯曲形状算出部54和校正量算出部55相当于本实用新型的权利要求所指的弯曲量计算单元。

在所述位置资料记忆部53储存有计测长条形对象W的表面和CCD摄影机33之间的距离时(例如，从激光振荡器32照射激光时，或CCD摄影机33的快门被遮断时)的刀物台20的移动位置资料。

所述弯曲形状算出部54，首先，根据被储存在距离资料记忆部52和位置资料记忆部53的资料，亦即使测定头31在X轴方向移动所获得的一群资料，算出各个照射点P在X轴、Y轴和Z轴方向之位置，根据所算出的各个位置，算出长条形对象W的中心位置。另外，该中心位置的算出有几种方式。另外，每次计算长条形对象W的中心位置时，可以只根据各个照射点P的位置进行算出，但是亦可以根据各个照射点P的位置和预先明白的长条形对象W的直径进行算出。

在此处简单地说明如何从多个(n个)照射点P的位置算出长条形对象W的中心位置，以下为一实施例。首先，如数式1所示，以中心位置为α、β、γ表示半径为r的球的方程式，α、β、γ、r分别如数式2所示时，数式1成为数式3所示。

(数式1)

(X-α)²+(Y-β)²+(Z-γ)²＝r²

(数式2)

α＝-(a/2)，β＝-(b/2)，γ＝-(c/2)，

$r=\sqrt{\frac{a^2+b^2+c^2}{4}-d}$

(数式3)

X²+Y²+Z²+aX+bY+cZ+d＝0

另外，当将数式3的式对a、b、c、d的各个进行偏微分时，获得数式4，从该数式4获得数式5。从该数式5求a、b、c、d的值，当代入到所述数式2时，获得中心位置为α、β、γ和半径r。依照此种方式，可以算出长条形对象W的中心位置。

(数式4)

∑(X²+Y²+Z²+aX+bY+cZ+d)×X＝0

∑(X²+Y²+Z²+aX+bY+cZ+d)×Y＝0

∑(X²+Y²+Z²+aX+bY+cZ+d)×Z＝0

∑(X²+Y²+Z²+aX+bY+cZ+d)×1＝0

(数式5)

$\left(\begin{array}{cccc}\mathrm{\Σ}{X}^2& \mathrm{\ΣXY}& \mathrm{\ΣZX}& \mathrm{\ΣX}\\ \mathrm{\ΣXY}& \mathrm{\Σ}{Y}^2& \mathrm{\ΣZY}& \mathrm{\ΣY}\\ \mathrm{\ΣZX}& \mathrm{\ΣYZ}& \mathrm{\Σ}{Z}^2& \mathrm{\ΣZ}\\ \mathrm{\ΣX}& \mathrm{\ΣY}& \mathrm{\ΣZ}& n\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}a\\ b\\ c\\ d\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-\mathrm{\Σ}(X^2+Y^2+Z^2)X\\ -\mathrm{\Σ}(X^2+Y^2+Z^2)Y\\ -\mathrm{\Σ}(X^2+Y^2+Z^2)Z\\ -\mathrm{\Σ}(X^2+Y^2+Z^2)\end{array}\right)$

然后，根据算出在各个测定位置的长条形对象W的中心位置，算出长条形对象W的弯曲形状。该弯曲形状，可以经由算出弯曲曲线而求得。

所述校正量算出部55算出被配置在刀物台20的刀具T，如图5所示，沿着弯曲形状算出部54所算出的弯曲形状移动的校正量。例如，将所述的弯曲形状做为预先设定的刀具移动路径而计算出校正量，可得刀具T沿着所述弯曲形状移动的校正量，接着可对预先设定的刀具T的移动位置算出校正量。其中，校正量的算出亦可以在刀具T的移动前进行，亦可以在算出校正量的同时使刀具T移动。另外，亦可以依照既定的数学式算出，亦可以参照资料表算出。

依照以所述方式构成的本实施例的加工系统1时，利用以下所说明的方式对长条形对象W加工。首先，利用各个夹头13、15分别支撑长条形对象W的两端点，和利用各个制动器21分别支持长条形对象W的中央部，将测定头31安装在刀物台20的刀具主轴20a。

其次，在长条形对象W以加工时相同的旋转速度围绕轴线中心旋转之后，使测定头31顺序地移动到各个测定位置，在各个测定位置使测定头31在X轴方向移动，激光以相同方向进行扫描，在X轴方向的多个位置，测定长条形对象W的表面和测定头31之间的距离。

然后，根据以此方式测定到的距离和测定该距离时的刀物台20的移动位置，利用弯曲形状算出部54算出激光的各个照射点P位在X轴、Y轴和Z轴方向的位置，在算出长条形对象W的中心位置后，算出长条形对象W的弯曲形状。

然后，从刀物台20的刀具主轴20a拆卸测定头31，装上既定的刀具，利用该刀具对所述旋转中的长条形物件W加工，这时该刀具根据弯曲形状算出部54所算出的弯曲形状，依照校正量算出部55所算出的校正量，使刀具沿着该弯曲形状移动。

如此一来，依照本实施例的加工系统1时，因为算出以加工时的旋转速度进行旋转的长条形对象W的弯曲形状，所以可以正确地算出加工时所产生的弯曲。另外，因为使刀具沿着以此方式算出的弯曲形状移动，所以即使长条形对象W有弯曲，或在长条形物件W进行旋转时和在长条形物件W静止时长条形物件W的弯曲状态成为不同的情况，亦能精准的加工长条形物件W。

另外，因为使用非接触式的测定头31，所以可以测定在使用接触探针等的接触式的测定机所不能测定的旋转中的长条形物件W。

以上已说明本实用新型的一实施形态，但是采用本实用新型所获得的具体的形式并不只限于所述者。

例如，在所述的实施例中是使测定头31顺序地移动到所述的测定位置，在该各个测定位置使激光在X轴方向扫描，但是并不只限于此种方式者，亦可以如图6所示，构建成使测定头31面向长条形对象W的顶部表面，在X轴方向照射激光，使激光在长条形对象W的轴线方向(Z轴方向)进行扫描。

在此种情况，所述测定头31在长条形对象W的轴线方向移动和与长条形对象W的顶部表面隔开一定的间隔，进行照射激光，在长条形对象W的轴线方向的多个位置，测定该测定头31和长条形对象W的顶部表面的照射点P之间的距离。另外，所述弯曲形状算出部54根据被储存在距离资料记忆部52和位置资料记忆部53的资料，算出各个照射点P的在X轴、Y轴和Z轴方向之位置，根据所算出的各个位置，算出长条形对象W的弯曲形状(顶部表面的弯曲形状)。

另外，在所述的实施例中是在制动器21支持中央部时计算出长条形对象W的弯曲形状，来使刀具沿着该算出的弯曲形状移动，但是亦可以如图7所示，在不利用制动器21支撑中央部，而是只利用夹头13、15支撑两端点时来计算出长条形物件W的弯曲形状，来使刀具T沿着该算出的弯曲形状移动。

另外，在所述的实施例中是以车床10作为加工装置的一实施例，但是加工装置亦可以为圆筒研削盘等的研削盘。另外，所述位置资料记忆部53亦可以不设在所述资料处理装置50侧，而是设在所述控制装置25侧。

Claims (4)

1.一种加工系统，包括能提供一长条形对象维持其水平和对其表面进行加工的一加工装置，和用一非接触测定装置来测定加工时所述长条形物件的弯曲状况，其特征在于：所述加工装置具备有：一端点支撑部，将所述长条形物件的两端点分别维持其水平；一旋转驱动装置，用来使所述端点支撑部支持的所述长条形对象围绕其轴线中心旋转；一刀具支撑部，用来支撑一刀具，设置成可以在与所述长条形物件的轴线平行的一Z轴、与所述Z轴正交的一X轴、和与所述Z轴和所述X轴的双方正交的一Y轴，使所述刀具能在正交3轴方向内自由移动；一刀具移动装置，用来使所述刀具支撑部移动；和一控制装置，用来控制所述旋转驱动装置和所述刀具移动装置；

所述非接触测定装置具备有：一测定头，所述测定头可装拆于所述刀具支撑部，并移动于所述Z轴方向的多个测定位置，当所述长条形物件被所述旋转驱动装置驱动并达到加工时的旋转速度后，所述测定头会以非接触式的方式测定所述长条形对象表面与所述测定头之间的一距离；一弯曲量计算单元，根据利用所述测定头在各个测定位置测定到的所述距离，和所述控制单元在测定所述距离时所得到所述刀具支撑部的位置，可以计算出所述长条形物件的弯曲形状；和

所述控制装置会利用所述弯曲量计算单元算出的弯曲形状后，使所述刀具在加工时可以跟着所述长条形物件弯曲形状做出相对的移动。

2.如权利要求1所述的加工系统，其特征在于：所述测定头包含有：一发光组件，对所述长条形物件的表面照射激光；一感光组件，用来接受被所述长条形对象表面所反射的激光；和一距离算出单元，根据所述感光组件的受光资料，算出所述长条形物件的表面和所述测定头之间的所述距离。

3.如权利要求2所述的加工系统，其特征在于：所述发光组件可在所述Y轴方向照射激光，且在照射激光的同时，所述测定头在所述各个测定位置，且随着所述刀具支撑部在所述X轴方向移动时，在该移动方向的多个位置测定所述距离；和

所述弯曲形状算出单元利用所述测定头所分别测定到的距离，和从所述控制装置在测定所述距离时得到所述刀具支撑部的各个位置，算出在所述各个测定位置的所述长条形物件的中心位置，及算出所述长条形物件的弯曲形状。

4.如权利要求2所述的加工系统，其特征在于：所述发光组件可在上下方向照射激光，且在照射激光的同时，所述测定头在各个测定位置，测定所述长条形物件的顶部表面和所述测定头之间的距离。

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