CN201815921U - 加工系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种加工系统,其可以更正确调整物件中央部高度,该加工系统,其构成包含有:一车床、一非接触测定装置;该车床包括支持机构制动器、调整机构、刀物台、控制装置和非接触测定装置;其中该支持机构分别支撑及调整长形物件W的两端部,使物件W可以保持水平;调整机构用来调整长形物件中央部的制动器21的高度位置;该非接触测定装置,包含有测定头与弯曲量算出部;该测定头可以装拆于刀物台,且能以非接触式测定物件W的表面到测量头的距离,且由弯曲量计算单元运用已测定到的距离资料,计算出被制动器21支撑物件W的弯曲量。控制装置根据算出的弯曲量控制调整机构,用来调整制动器的高度位置,使进行旋转的物件W的两端部和中央部的高度位置成为相同。本实用新型可以以高精确度对物件进行加工。
Description
技术领域
本新用新型关于加工系统,利用端点支持部将长形物件的两端部维持使其水平,和利用中央支持部支持上述物件的中央部,使被支持的物件围绕其轴线中心进行旋转,利用多轴移动机构上的刀具进行加工。
背景技术
目前车床等的加工装置,当对长条形的物件进行加工时,不只是支撑物件的两端部,亦支撑其中央部,利用本身的重量来防止该中央部造成弯曲。
另外,作为此种加工装置,在先前技术,例如,日本专利特开2004-261935号公报所揭示的为一般已知技术,在该加工装置,物件的一端部利用固定主轴台的主轴支持,物件的另一端部利用移动主轴台的主轴支持,物件的中央部利用制动器支持。
然而,在利用制动器100支持物件W的中央部的情况时,调整制动器100的高度位置,利用该制动器100支撑的物件中心位置与固定主轴台和移动主轴台的各个主轴的轴线一致,利用此种方式,如图7所示,弯曲的物件W成为如图8所示的笔直的状态。另外,在先前技术中,此种调整成为在物件W为非旋转的状态进行。另外,在图7和图8中分别以元件符号101表示装着在各个主轴的夹头。
然而,本申请人重复致力研究的结果,发现在物件W不旋转时和物件W旋转时,物件W的弯曲状态会有所不同。因此,在欲加工的物件W为旋转的状态下调整制动器100,会比物件W为非旋转的状态下调整来的更好。
实用新型内容
由于存在现有技术的上述问题,本实用新型的目的是提供一种可以更正确调整物件中央部的支持高度的加工系统。
为了达成上述目的,本实用新型的一种加工系统,是一种将长形物件维持水平来进行加工的加工装置,和一非接触测定装置,该装置用来测定加工装置上加工物件的弯曲度,上述加工装置具备有:端点支持部,将上述物件的两端部分别支撑使物件保持水平;中央部支持部,用来支持撑上述物件的中央部;调整单元,用来调整上述中央支持部的高度位置,通过调整该中央支持部的高低方向来支撑该物件;旋转驱动机构,使上述各个支持部支撑的物件围绕其轴线中心旋转;多轴移动机构,使刀具可以进行多轴向的活动,其设定一Z轴平行该物件的轴线、和与上述Z轴和X轴的双方正交的Y轴使刀具能在正交的三轴间自由移动;刀具移动单元,用来使上述刀具多轴移动机构上的刀具移动;和控制装置,用来控制上述调整单元、旋转驱动机构和刀具移动单元的动作;
上述非接触测定装置具备有:测定头,该测定头可以拆装于多轴移动机构,被上述各个支持部支撑的物件被旋转驱动机构驱动,使物件旋转且达到加工的旋转速度后,以非接触的方式测出物件表面与该测定头的间距;弯曲量计算单元,在上述测定头的量测动作时,控制装置会记录上述多轴移动机构的座标位置,上述座标位置与上述间距进行运算后,则可得到上述中央支持部所支撑物件的弯曲量;
上述控制装置利用上述弯曲量计算单元算出的弯曲量,控制上述调整单元,调整上述中央支持部的高度使上述旋转的物件的两端部和中央达到相同的高度。
该加工系统,在对被各个支持部支撑的物件进行加工时,算出物件旋转时支持部所支撑部分的弯曲量,其弯曲量以下面所述的方式算出。
亦即,利用旋转驱动机构,使被各个支持部支撑的物件,以加工时相同的旋转速度围绕轴线中心旋转,利用测定头以非接触式测定该正在旋转的物件的表面和测定头之间的距离后,根据测定到的距离与测定距离时从控制装置得到的多轴移动机构的位置,可算出被中央支持部支撑部分的物件的弯曲量。
然后,根据所算出的弯曲量,利用控制装置控制调整单元,用来调整物件中央的高度位置,使上述进行旋转的物件的两端部和中央部的高度位置成为相同。
依照此种方式,当调整物件中央部的支持部后,在多轴移动机构上既定的刀具,利用该刀具对上述物件加工。
关于本实用新型的加工系统,是在物件达到加工时的旋转速度后,才算出物件在旋转时的弯曲量,再以物件旋转的状态调整物件中央的支持部,所以算出的物件弯曲量,与真正在加工时候的实际弯曲量相同,因此可以在正在加工的系统上调整物件中央的支持部,因此,即使在物件旋转或停止时所造成物件的弯曲度不同的状态时,也能以良好的精确度对物件进行加工。
另外,因为使用非接触式的测定头,所以可以测量旋转时的物件,此与非接触式探针只能量测静止的物件有所区隔。另外,上述测定头包含有:发光元件,对上述物件的表面照射雷射光;感光元件,用来接收被上述物件的表面反射的雷射光;和距离算出部,根据上述感光元件的受光资料,算出上述物件的表面和测定头之间的距离。
另外,上述发光元件在上述Y轴方向照射雷射光,在移动上则是随着多轴移动装置的X轴方向移动,在该移动方向的多个位置来测定上述的距离;上述弯曲量计算单元可以根据上述测定头所分别测定到的距离,和从上述控制装置获得的分别测定上述距离时上述多轴移动装置的各个位置,算出上述物件的中心位置的弯曲量。因此,本加工系统可以从物件中心位置来求得物件的弯曲量。另外,可以从物件表面的多个测定点的位置来求得物件的中心位置,亦可以从物件表面的多个测定点的位置和预先求得的该物件的直径求得。
另外,上述发光元件亦可以构建成在上下方向照射雷射光,和上述测定头测定上述物件的上部表面和测定头之间的距离。
另外,在算出物件的弯曲量时,亦可以直接算出中央支持部支持物件的部分的弯曲量,亦可以算出在物件的轴线方向具有既定间隔的物件的中心位置或物件的上部表面的位置,从所获得的多个物件中心位置或物件的上部表面位置,在算出物件全体的弯曲形状之后,根据此方式算出的物件全体的弯曲形状和中央支持部支撑在物件轴线方向的支持位置,算出该支持位置的弯曲量。
另外,物件的中央部并不只指物件轴线方向的正中,而是指物件的一端点和另一端点之间。另外,中央支持部的设置数可以为1个,亦可以为多个。
由于采用以上技术方案,因为物件以加工时相同的旋转速度旋转时,算出该物件的弯曲量,所以可以算出与真正加工时相同的弯曲量,利用此种方式,可以将物件中央支持在加工时不会造成弯曲。因此,可以以高精确度对物件进行加工。
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物件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物件表面之间的距离测定。
图5是说明图,用来说明本实用新型的另一实施例的测定头和工件外周面之间的距离测定。
图6是说明图,用来说明本实用新型的另一实施例。
图7是说明图,用来说明先前技术的物件中央部的支持形式。
图8是说明图,用来说明先前技术的物件中央部的支持形式。
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雷射式测定装置
31测定头 32雷射振荡器
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的实施例。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,本实用新型的加工系统1由作为加工装置的车床10,和用以测定利用车床10加工的物件W的弯曲度的雷射式测定装置30构成,在车床10侧,构建成根据利用雷射式测定装置30所测定到的物件W的弯曲,调整以制动器21支持物件W的支持位置。
上述车床10的构成包含有: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),利用第1主轴台12支持成为可以围绕水平的轴线中心自由旋转;第1夹头13,装着在第1主轴的前端,用来把持物件W的一端部使其成为水平;第2主轴台14,成为面对第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)的轴线方向的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支持成为可以围绕轴线中心自由旋转;第2夹头15,装着在第2主轴的前端,用来把持物件W的另外一端部使其成为水平;支柱16,被固定地设在床部11上;第1滑动件17,上部被支柱16支持和下部被床部11支持,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成为可以在上下方向的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的前端面;和多个制动器21,被设置在第1主轴台12和第2主轴台14之间的床部11上,可以在Z轴方向和X轴方向自由移动,用来支持物件W的中央部。
另外,车床10更具备有(未图示):旋转驱动机构,用来使第1主轴围绕其轴线中心旋转;第1Z轴传送机构,用来使第2主轴台14在Z轴方向移动;第2Z轴传送机构,用来使第1滑动件17在Z轴方向移动;第1X轴传送机构,用来使第2滑动件18在X轴方向移动;Y轴传送机构,用来使通心轴19在Y轴方向移动;第3Z轴传送机构和第2X轴传送机构,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,用来控制该些动作。另外,上述的各个传送机构由驱动马达、螺栓杆和螺帽等构成。
上述刀物台20具备有:刀具主轴20a,被支持成为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;一刀具(未图示)被放置在刀具主轴20a上。
上述各个制动器21由设置在床部11上,且存在可在Z轴方向自由移动的移动台22,和设置在移动台22上的可在X轴方向自由移动的用以支持物件W的止振本体23构成,移动台22由第3Z轴传送机构驱动,止振本体23由第2X轴传送机构驱动。另外,第2X轴传送机构驱动相当于本实用新型的申请专利范围所指的调整单元,经由使止振本体23在X轴方向移动,用来调整其高度位置,以调整物件W在上下方向的支持位置。
上述控制装置25根据利用后面所述的校正量算出部55分别算出的校正量,控制第2X轴传送机构,调整各个止振本体23的高度位置,使加工时相同的旋转速度旋转的物件W的两端部和被止振本体23支持的支持部分的高度位置分别成为相同。
上述雷射式测定装置30的构成包含有:测定头31,用来测定与加工时的相同旋转速度旋转的物件W的外周面之间的距离;和资料处理装置50,根据利用测定头31所测定到的与距离有关的资料(距离资料)等,算出物件W的弯曲量。
如图2所示,上述测定头31具备有:雷射振荡器32,朝向物件W的外周面在Y轴方向照射雷射光;CCD摄影机33,用来接受被物件W的外周面反射的雷射光,以产生2次元影像资料;棱镜34和反射镜35,将来自雷射振荡器32的雷射光导引到物件W的外周面;2个凸透镜36、37,用来使被物件W的表面反射的雷射光,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,用来算出物件W的表面和测定头31之间的Y轴方向的距离(雷射光之照射点P和CCD摄影机33的摄影面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,收容有雷射振荡器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,被固定并设在框体40的上面,对上述刀具主轴20a成为可装卸。
上述距离算出部39利用CCD摄影机33产生的2次元影像资料,抽出反射雷射光的环状影像,辨识上述环状影像的直径,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在被装着刀具主轴20a的状态,例如,如图3所示,在X轴方向移动,使上述测定头31在相同方向移动,在该移动方向的多个位置测定上述距离。另外,此种测定,如图4所示,分别在被设定于物件W的轴线方向的多个位置实施该测定。
上述资料处理装置50具备有:距离资料取得部51,以无线通信接收测定头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,用来记忆从上述控制装置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,算出物件W全体的弯曲形状;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申请专利范围所指的弯曲量计算单元。
在上述位置资料记忆部53储存有计测物件W的表面和CCD摄影机33之间的距离时(例如,从雷射振荡器32照射雷射光时,或CCD摄影机33的快门被切断时)的刀物台20的移动位置资料。
上述弯曲形状算出部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轴方向的位置,根据所算出的各个位置,算出物件W的中心位置。另外,该中心位置的算出分别对上述各个测定位置实施算出。另外,在每次的中心位置算出时,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物件W的直径进行算出。
在此处简单地说明从算出的多个(n个)的照射点P的位置算出物件W的中心位置的手法的一实例。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),
(数式3)
X2+Y2+Z2+aX+bY+cZ+d=0
另外,当将数式3对a、b、c、d的各个进行偏微分时,获得数式4,从该数式4获数式5。从该数式5求a、b、c、d的值,当代入到上述数式2时,获得中心位置为α、β、γ和半径r。依照此种方式,可以算出物件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)
然后,根据算出的在各个测定位置的物件W的中心位置,算出物件W全体的弯曲形状。该弯曲形状,例如,可以经由算出弯曲曲线而求得。
上述校正量算出部55根据弯曲形状算出部54算出的物件W全体的弯曲形状,和利用各个止振本体23分别支持物件W的部分在Z轴方向的位置,分别算出利用各个止振本体23支持物件W部分的弯曲量,根据所算出的弯曲量,分别算出各个止振本体23的高度位置的校正量(调整量)。
依照以上述方式构成的本实例的加工系统1时,利用以下所说明的方式对物件W加工。亦即,首先,利用各个夹头13、15分别把持物件W的两端部,和利用各个制动器21分别支持物件W的中央部,和将测定头31安装在刀物台20的刀具主轴20a。
其次,在使物件W以与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,雷射光以相同方向进行扫描,在X轴方向的多个位置,测定物件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算出雷射光的各个照射点P的在X轴、Y轴和Z轴方向的位置,在算出物件W的中心位置后,算出物件W全体的弯曲形状。
在算出物件W全体的弯曲形状后,根据算出的弯曲形状,利用校正量算出部55分别算出由各个止振本体23支持物件W部分的弯曲量,用来算出校正量,根据算出的校正量,利用控制装置25调整各个止振本体23所支持物件W的支持位置,利用此种方式,例如,如图8所示,使旋转的物件W的两端部和中央部的高度位置成为相同。
依照此种方式,在调整物件W的支持位置时,从刀物台20的主轴20a拆卸测定头31,装着既定的刀具,利用该刀具对上述的旋转的物件W进行加工。另外,实际上亦可以在加工物件W之前,再度算出物件W的弯曲量,确认是否变成没有弯曲。另外,在物件W尚有弯曲时,再度调整各个止振本体23的位置。
如此一来,依照本实例的加工系统1时,使物件W以加工时的旋转速度进行旋转,算出这时的弯曲量,在物件W旋转的状态调整物件W的中央部的支持位置,所以可以算出与实际加工物件W时的弯曲量相同的弯曲量,根据该弯曲量调整物件W的中央部的支持位置。因此,在物件W进行旋转时和静止时,即使在物件W的弯曲状态成为不同之情况,也能以良好的精确度加工物件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的接触式的测定机所不能测定的旋转物件W。
以上已说明本实用新型的一实施例,但是采用本实用新型所获得的具体形式并不只限于上述所述。
例如,在上述的实例中是使测定头31顺序地移动到上述的测定位置,在该各个测定位置使雷射光在X轴方向扫描,但是并不只限于此种方式者,亦可以如图5所示,构建成使测定头31面向物件W的上部表面,在X轴方向照射雷射光,使雷射光在物件W的轴线方向(Z轴方向)进行扫描。
在此种情况,上述测定头31在物件W的轴线方向移动和与物件W的上部表面隔开一定的间隔,进行照射雷射光,在物件W的轴线方向的多个位置,测定该测定头31和物件W的上部表面的照射点P之间的距离。另外,上述弯曲形状算出部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在X轴、Y轴和Z轴方向的位置,根据所算出的各个位置,算出物件W全体的弯曲形状(上部外周面的弯曲形状)。
另外,在上述的实例中是算出物件W全体的弯曲形状,从其中算出被制动器21支持部分的弯曲量,但是并不只限于此种方式者,亦可以不算出物件W全体的弯曲形状,直接算出被制动器21支持部分的弯曲量。在此种情况,在被制动器21支持的部分,使雷射光在X轴方向扫描,使雷射光照射在物件W的上部表面,可以用来求得被制动器21支持的部分的弯曲量。
另外,亦可以构建成不在车床10设置多个的制动器21,使制动器21成为只有1个,使该制动器21在支持物件W的状态可以在物件W的轴线方向移动,该制动器21的Z轴方向和X轴方向的位置以下面所述的方式控制。
在此种情况,首先,在物件W以加工时的旋转速度旋转的状态,使制动器21在Z轴方向移动,分别算出在其移动方向以一定的间隔由制动器21支持物件W的部分的弯曲量,用来算出在Z轴方向的各个位置的制动器21的X轴方向的校正量。
利用此种方式,求得制动器21的校正量,接着,对物件W进行加工,这时,如图6所示,以利用该制动器21支持的物件W的支持部分,和加工点在Z轴方向的位置分别成为相同的方式,使制动器21配合刀具T的移动地在Z轴方向移动,和根据制动器21在Z轴方向的各个位置的校正量,使物件W的两端部和利用该制动器21支持的物件W的支持部分的高度位置成为相同,以此方式调整制动器21的高度位置。
依照此种方式时,因为可以使加工点在X轴方向的位置,在涵盖物件W的轴线方向的范围,成为相同,所以可以以高精确度对物件W进行加工。
另外,在上述的实例中是以车床10作为加工装置的一实例,但是加工装置亦可以为圆筒研削盘等的研削盘。另外,上述位置资料记忆部53亦可以不设在上述资料处理装置50侧,而是设在上述控制装置25侧。
但是,上述的具体实施方式只是示例性的,是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利,不能理解为是对本专利包括范围的限制;只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰,均落入本专利包括的范围。
Claims (4)
1.一种加工系统,包括能提供一长形物件加工并保持长形物件水平的一加工装置,和测量被加工的物件弯曲度的一非接触测量装置构成,其特征在于:
所述加工装置具备有:一端点支持部,将所述长形物件的两端部分别支撑使物件保持水平;一中央支持部,用来支撑所述长形物件的中央部;一调整单元,用来调整所述中央支持部的高度位置,通过调整所述中央支持部的高低以支撑所述长形物件;一旋转驱动机构,使所述各个支持部支撑的物件围绕其轴线中心旋转;一多轴移动机构,使一刀具可以进行多轴向的移动,其设定一Z轴平行所述长形物件的轴线、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的3轴间自由移动;一刀具移动单元,用来使所述多轴移动机构上的所述刀具移动;一控制装置,用来控制所述调整单元、所述旋转驱动机构和所述刀具移动单元;
所述非接触测定装置具备有:一测定头,所述测定头可以拆装于所述多轴移动机构,被所述各个支持部支撑的物件被所述旋转驱动机构驱动,使所述长形物件旋转且达到加工的旋转速度后,以非接触的方式测出所述长形物件表面与所述测定头的一间距;一弯曲量计算单元,在所述测定头的量测动作时,所述控制装置记录所述多轴移动机构的座标位置,所述座标位置与所述间距进行运算后,则可得到所述中央支持部所支撑物件的弯曲量;所述控制装置利用所述弯曲量计算单元算出的弯曲量,控制所述调整单元,调整所述中央支持部的高度使旋转的物件两端部和所述长形物件中央部达到相同的高度。
2.如权利要求1所述的加工系统,其特征在于:
所述测定头的构成包含有:一发光元件,对所述长形物件表面照射雷射光;一感光元件,用来接受被所述长形物件的表面反射的雷射光;和一距离计算部,根据所述感光元件的感光资料,算出所述长形物件表面和所述测定头之间的距离。
3.如权利要求2所述的加工系统,其特征在于:
所述发光元件在所述Y轴方向照射雷射光,接着所述测定头通过所述多轴移动机构在所述X轴方向的移动时,可得到在所述X轴方向的多个位置与所述的距离;和
所述弯曲量算出部根据所述测定头所分别测定到的距离,和从所述控制装置获得的分别测定所述距离时的所述多轴移动机构的各个位置,算出所述长形物件的中心位置后,接着算出所述弯曲量。
4.如根据权利要求2所述的加工系统,其特征在于:
所述发光元件也可构建成在上下方向照射雷射光,由所述测定头测定所述长形物件的上部表面和所述测定头之间的距离。
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