專利名稱：線切割電極絲直徑在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于對(duì)線切割電極絲直徑的高精度測量。
背景技術(shù)：
線切割機(jī)床對(duì)零件的加工精度(主要指加工的形狀精度和位置精度)不僅與機(jī)床 固有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精度有關(guān)，而且還與切割直徑精度保持性有一定的關(guān)系。線切割在模具中 的精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角、冒孔和深度切削等加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。電極絲在使用的過 程中的自身損耗會(huì)使得模具加工的精度受到較大的影響，因此很有必要及時(shí)測出電極絲直 徑，對(duì)線切割中由于電極絲損耗進(jìn)行補(bǔ)償。目前對(duì)電極絲直徑的測量主要有非接觸式和接 觸式兩種方法，非接觸式測量主要利用CCD技術(shù)。如圖1是用CCD技術(shù)測量直徑的原理圖。 平行光源11照射到不透明的工件12，工件12直徑尺寸通過成像透鏡13以確定的倍率投射 到線陣CCD光敏陣列14上，連接到線陣光敏陣列14上的圖像采集卡把圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號(hào)再送入計(jì)算機(jī)15進(jìn)行處理。接觸式測量主要是依靠人工測量方法，直接用測量儀器測量出電極絲直徑的大 小，再將測得數(shù)據(jù)與電極絲最初直徑進(jìn)行比較，得到要補(bǔ)償?shù)牧?，并人工輸入此補(bǔ)償量進(jìn)行 補(bǔ)償切割。利用CCD技術(shù)能很好的彌補(bǔ)了人工檢測的不足，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小直徑工件的無接觸高 精度的測量。但這種技術(shù)存在一些缺點(diǎn)線切割加工環(huán)境惡劣，電極絲上油污、冷卻液及加 工殘余微粒等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在成像后不易區(qū)分，使測量精度受到很大影響。其次，由于在 加工過程中電極絲振動(dòng)是不可避免的，從而會(huì)導(dǎo)致其像在CCD上的抖動(dòng)；另外電極絲抖動(dòng) 的方向、幅度、頻率時(shí)刻處于變化之中，使得目標(biāo)的放大率不同和成像尺寸受到影響。再次， 像的邊緣的檢測比較煩瑣。若采用亞像元邊緣檢測技術(shù)可以使像邊緣檢測的定位分辨率提 高到十分之一個(gè)像元，但需要進(jìn)行大量計(jì)算。然而人工測量方法實(shí)時(shí)性不好，費(fèi)財(cái)耗力，實(shí)施起來也不方便，難以保證測量的精度。利用CCD技術(shù)或人工測量方法等其他的檢測方法，要補(bǔ)償由于電極絲直徑損耗帶 來的誤差量時(shí)，只能通過手動(dòng)輸入的方式進(jìn)行補(bǔ)償，都不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償?，F(xiàn)有的線切割數(shù)控系統(tǒng)中，要想實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償切割，都只能通過手動(dòng)方式輸入，不能實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)輸入補(bǔ)償切割。若修改控制系統(tǒng)軟件為補(bǔ)償提供接口，這樣可以很好的解決補(bǔ)償問 題，但是廠家不會(huì)輕易根據(jù)用戶需求改變控制系統(tǒng)軟件，而且成本較高，調(diào)試比較復(fù)雜；若 通過現(xiàn)有的人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償參數(shù)的輸入，現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)都提供一個(gè)可以修改鉬絲直 徑的對(duì)話窗口，需要人工進(jìn)行輸入，這不利于整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化。

發(fā)明內(nèi)容
在線切割工藝中，由于電極絲直徑損耗而使得被切割工件精度受到影響，本發(fā)明 的目的是提供一種線切割電極絲直徑在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場切割的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，綜合時(shí)間和運(yùn)動(dòng)等多種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，運(yùn)用自動(dòng)控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的運(yùn)算和邏輯處理，自動(dòng)檢測和補(bǔ)償由于電極絲直徑損耗帶來的誤差量。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本線切割電極絲直徑在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動(dòng)控制 及執(zhí)行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線切割數(shù)控系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置將數(shù)據(jù)采集裝 置送入測試點(diǎn)進(jìn)行多次測量(一般為8 10次)得到平均值，再將此平均值與電極絲最初 直徑進(jìn)行比較得到補(bǔ)償量，然后將此補(bǔ)償量通過誤差量模擬輸入裝置中的鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電 路轉(zhuǎn)變成鍵盤信號(hào)反饋給線切割數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到此鍵盤信號(hào)后重新控制線切割機(jī)床 進(jìn)行補(bǔ)償切割。所述數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)顯千分尺、數(shù)據(jù)處理電路和數(shù)據(jù)發(fā)送電路；所述數(shù)顯千分尺用來測量電極絲直徑，其數(shù)據(jù)接口輸出為三根線，分別為數(shù)據(jù)信 號(hào)線data、時(shí)鐘信號(hào)線elk和地線；所述數(shù)據(jù)處理電路采用三極管放大器2N5401和反向器74HC04以及89C2051單片 機(jī)，數(shù)顯千分尺串口輸出的兩路信號(hào)即數(shù)據(jù)信號(hào)data和時(shí)鐘信號(hào)clk，接入數(shù)據(jù)處理電路， 經(jīng)過放大器2N5401和反向器74HC04放大整形處理后分別送入單片機(jī)89C2051的I/O 口和 外中斷口，單片機(jī)89C2051根據(jù)外中斷口的時(shí)鐘信號(hào)采集I/O 口的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)發(fā)送電路采用收發(fā)器MAX232和DB9插座，單片機(jī)89C2051把處理后的數(shù) 據(jù)通過發(fā)送電路送至線切割數(shù)控系統(tǒng)；所述運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置是一個(gè)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的兩軸聯(lián)動(dòng)裝置，通過線切割數(shù) 控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將數(shù)顯千分尺準(zhǔn)確、快速的送到指定位置(電 極絲位置)，并且在測量結(jié)束后能夠迅速的將數(shù)顯千分尺送回初始位置。運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝 置接到線切割數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的測量信號(hào)時(shí)，1號(hào)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠控制數(shù)顯千分尺，使之在 導(dǎo)軌上作水平運(yùn)動(dòng)，從而將數(shù)顯千分尺送到電極絲所在位置，2號(hào)步進(jìn)電機(jī)控制數(shù)顯千分尺 的測微螺桿的位置，使之接觸電極絲。1號(hào)步進(jìn)電機(jī)工作結(jié)束后2號(hào)步進(jìn)電機(jī)才開始工作。所述誤差量模擬輸入裝置包括鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路和鍵盤，當(dāng)數(shù)據(jù)采集裝置把測得 的電極絲直徑大小送入線切割數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，線切割數(shù)控系統(tǒng)把該數(shù)據(jù)量與電極絲最初的直 徑進(jìn)行比較運(yùn)算，得到補(bǔ)償量，然后再通過鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路將此補(bǔ)償量轉(zhuǎn)換成鍵盤信號(hào) 自動(dòng)輸入到線切割數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到此鍵盤信號(hào)后再重新控制切割機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償切 割。本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于(1)數(shù)顯千分尺串口輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理電路才能發(fā)送至線切割數(shù)控系統(tǒng)；(2)對(duì)電極絲直徑要進(jìn)行多次測量，取得其平均值后再與電極絲最初直徑進(jìn)行比 較，得到要補(bǔ)償?shù)牧浚?3)補(bǔ)償量通過鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路變成鍵盤信號(hào)后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)地自動(dòng)輸入。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)在接觸式電極絲測量過程中采用新的電極絲自動(dòng)檢測補(bǔ)償方法，不僅實(shí)現(xiàn)了 自動(dòng)補(bǔ)償，而且還實(shí)現(xiàn)了零人工參與，節(jié)省了人力財(cái)力；(2)與其他檢測補(bǔ)償方法比較，數(shù)據(jù)處理方法實(shí)用，電路簡單，結(jié)構(gòu)合理，且費(fèi)用低 廉；
(3)通過多次實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)結(jié)果表明，該裝置穩(wěn)定可靠，補(bǔ)償精度達(dá)到士0. 003mm。


圖1是現(xiàn)有的CXD技術(shù)測量原理圖；圖2是電極絲在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)的控制原理圖；圖3是數(shù)顯千分尺數(shù)據(jù)接口示意圖；圖4是運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示為電極絲在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)的控制原理圖。該電極絲在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線 切割數(shù)控系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置將數(shù)據(jù)采集裝置送入測試點(diǎn)進(jìn)行8 10次測量得到 平均值，再將此平均值與電極絲最初直徑進(jìn)行比較得到補(bǔ)償量，然后再將此補(bǔ)償量通過誤 差量模擬輸入裝置中的鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成鍵盤信號(hào)反饋給線切割數(shù)控系統(tǒng)，線切割 數(shù)控系統(tǒng)重新控制線切割機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償切割。(一 )數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)顯千分尺、數(shù)據(jù)處理電路、數(shù)據(jù)發(fā)送電路。數(shù)顯千分尺用來測 量電極絲直徑，數(shù)據(jù)接口輸出為三根線(接口示意圖如圖3) :1數(shù)據(jù)信號(hào)線data、2時(shí)鐘信 號(hào)線clk、3地線，其數(shù)據(jù)輸出串口輸出的數(shù)據(jù)特點(diǎn)如下(1)串行口輸出的數(shù)據(jù)是二制碼，約108ms輸出一次，其幅值約為1.2v，頻率約為 9. 5KHz，高電平有效；(2)每次輸出一組數(shù)據(jù)，表示相對(duì)位置量，每組24位，低位在前，高位在后，第一個(gè) 脈沖之前有一持續(xù)時(shí)間較長的低電平，讀數(shù)時(shí)從高位向低位開始；(3)第21位為符號(hào)位，符號(hào)位若為0，數(shù)據(jù)以原碼輸出，若為1，則以補(bǔ)碼輸出；(4)將采集到的24位數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，十進(jìn)制數(shù)與顯示屏上顯示的數(shù)是 一致的。數(shù)據(jù)處理電路采用三極管放大器2N5401和反向器74HC04以及89C2051單片機(jī)， 數(shù)顯千分尺串口輸出的兩路信號(hào)即數(shù)據(jù)信號(hào)data和時(shí)鐘信號(hào)clk，接入數(shù)據(jù)處理電路，經(jīng) 過放大器2N5401和反向器74HC04放大整形處理后分別送入單片機(jī)89C2051的I/O 口和外 中斷口，單片機(jī)89C2051根據(jù)外中斷口的時(shí)鐘信號(hào)采集I/O 口的數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送至線切割 數(shù)控系統(tǒng)；( 二)運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置是一個(gè)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的兩軸聯(lián)動(dòng)裝置，通過線切割數(shù)控系 統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將數(shù)顯千分尺準(zhǔn)確、快速的送到指定位置(電極絲 位置)，并且在測量結(jié)束后能夠迅速的將數(shù)顯千分尺送回初始位置。運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，其包括兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、絲杠及配套 螺母、導(dǎo)軌及配套的兩個(gè)滑塊和數(shù)顯千分尺，所述1號(hào)步進(jìn)電機(jī)1通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠2同軸 連接，絲杠2與導(dǎo)軌6平行安裝，導(dǎo)軌6上的1號(hào)滑塊7以及1號(hào)滑塊7上的數(shù)顯千分尺3 固定在絲杠2的配套螺母上，固定在導(dǎo)軌6的2號(hào)滑塊8上的2號(hào)步進(jìn)電機(jī)5通過另一個(gè)聯(lián)軸節(jié)與數(shù)顯千分尺3的測微螺桿連接，所述1號(hào)滑塊和2號(hào)滑塊在導(dǎo)軌上進(jìn)行有限距離 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置接到線切割數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的測量信號(hào)時(shí)，1號(hào)步進(jìn)電機(jī)1帶 動(dòng)絲杠2控制數(shù)顯千分尺3，使之在導(dǎo)軌6上作水平運(yùn)動(dòng)，從而將數(shù)顯千分尺3送到電極絲 4所在位置，2號(hào)步進(jìn)電機(jī)5控制數(shù)顯千分尺的測微螺桿的位置，使之接觸電極絲4。1號(hào)步 進(jìn)電機(jī)1工作結(jié)束后1號(hào)步進(jìn)電機(jī)5才開始工作。
(三)誤差量模擬輸入裝置 當(dāng)數(shù)據(jù)采集裝置把測得的電極絲直徑大小送入線切割數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，線切割數(shù)控系 統(tǒng)把該數(shù)據(jù)量與電極絲最初的直徑進(jìn)行差值運(yùn)算，從而得到補(bǔ)償量，然后再通過鍵盤數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換電路將此補(bǔ)償量轉(zhuǎn)換成鍵盤信號(hào)自動(dòng)輸入到線切割數(shù)控系統(tǒng)，重新進(jìn)行補(bǔ)償切割。如 圖2所示。
權(quán)利要求
線切割電極絲直徑在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線切割數(shù)控系統(tǒng)；所述運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置將數(shù)據(jù)采集裝置送入測試點(diǎn)進(jìn)行多次測量得到平均值，再將此平均值與電極絲最初直徑進(jìn)行比較得到補(bǔ)償量，然后將此補(bǔ)償量通過誤差量模擬輸入裝置中的鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成鍵盤信號(hào)反饋給線切割數(shù)控系統(tǒng)，線切割數(shù)控系統(tǒng)接收到此鍵盤信號(hào)后重新控制線切割機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償切割；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)顯千分尺、數(shù)據(jù)處理電路和數(shù)據(jù)發(fā)送電路；所述數(shù)顯千分尺用來測量電極絲直徑，其數(shù)據(jù)接口輸出為三根線，分別為數(shù)據(jù)信號(hào)線data、時(shí)鐘信號(hào)線clk和地線；所述數(shù)據(jù)處理電路采用三極管放大器2N5401和反向器74HC04以及89C2051單片機(jī)，數(shù)顯千分尺串口輸出的兩路信號(hào)即數(shù)據(jù)信號(hào)data和時(shí)鐘信號(hào)clk接入到數(shù)據(jù)處理電路，經(jīng)過放大器2N5401和反向器74HC04放大整形處理后分別送入單片機(jī)89C2051的I/O口和外中斷口，單片機(jī)89C2051根據(jù)外中斷口的時(shí)鐘信號(hào)采集I/O口的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)發(fā)送電路采用收發(fā)器MAX232和DB9插座，單片機(jī)89C2051把處理后的數(shù)據(jù)通過發(fā)送電路送至線切割數(shù)控系統(tǒng)；所述運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置是一個(gè)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的兩軸聯(lián)動(dòng)裝置，通過線切割數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)來帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將數(shù)顯千分尺準(zhǔn)確、快速的送到電極絲位置，并且在測量結(jié)束后迅速將數(shù)顯千分尺送回初始位置；所述誤差量模擬輸入裝置包括鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路和鍵盤，當(dāng)數(shù)據(jù)采集裝置把測得的電極絲直徑大小送入線切割數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，線切割數(shù)控系統(tǒng)把該數(shù)據(jù)量與電極絲最初的直徑進(jìn)行比較運(yùn)算，得到補(bǔ)償量，然后再通過鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路將此補(bǔ)償量轉(zhuǎn)換成鍵盤信號(hào)自動(dòng)輸入到線切割數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到此鍵盤信號(hào)后再重新控制切割機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償切割。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線切割電極絲直徑在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于 所述運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置包括兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、絲杠及配套螺母、導(dǎo)軌及配套的兩個(gè)滑塊和 數(shù)顯千分尺；所述1號(hào)步進(jìn)電機(jī)⑴通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠⑵同軸連接，絲杠⑵與導(dǎo)軌(6) 平行安裝，導(dǎo)軌(6)上的1號(hào)滑塊(7)以及1號(hào)滑塊(7)上的數(shù)顯千分尺(3)固定在絲杠 (2)的配套螺母上，固定在導(dǎo)軌(6)的2號(hào)滑塊(8)上的2號(hào)步進(jìn)電機(jī)(5)通過另一個(gè)聯(lián)軸 節(jié)與數(shù)顯千分尺(3)的測微螺桿連接；所述運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置接到線切割數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的測量信號(hào)時(shí)，1號(hào)步進(jìn)電機(jī)(1) 帶動(dòng)絲杠(2)控制數(shù)顯千分尺(3)，使之在導(dǎo)軌(6)上作水平運(yùn)動(dòng)，從而將數(shù)顯千分尺(3) 送到電極絲所在位置，2號(hào)步進(jìn)電機(jī)(5)控制數(shù)顯千分尺(3)的測微螺桿的位置，使之接觸 電極絲，然后再進(jìn)行測量，1號(hào)步進(jìn)電機(jī)(1)工作結(jié)束后2號(hào)步進(jìn)電機(jī)(5)才開始工作。
全文摘要
本發(fā)明提出線切割電極絲直徑在線自動(dòng)檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線切割數(shù)控系統(tǒng)。所述運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行裝置將數(shù)據(jù)采集裝置送入測試點(diǎn)進(jìn)行多次測量得到平均值，再將此平均值與電極絲最初直徑進(jìn)行比較得到補(bǔ)償量，然后將此補(bǔ)償量通過誤差量模擬輸入裝置中的鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成鍵盤信號(hào)反饋給線切割數(shù)控系統(tǒng)，線切割數(shù)控系統(tǒng)接收到此鍵盤信號(hào)后重新控制線切割機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償切割。本發(fā)明采用新的電極絲自動(dòng)檢測補(bǔ)償方法，不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)補(bǔ)償，而且還實(shí)現(xiàn)了零人工參與，節(jié)省了人力財(cái)力；其數(shù)據(jù)處理方法實(shí)用，電路簡單，結(jié)構(gòu)合理，且費(fèi)用低廉，穩(wěn)定可靠，補(bǔ)償精度高。
文檔編號(hào)B23H7/02GK101829823SQ201010159180
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者萬文略, 張?zhí)旌? 楊繼森, 鄭方燕, 鄭永, 陳兵, 陳錫侯, 高忠華 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)