專利名稱：線切割電極絲直徑在線自動檢測和補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于對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使得模具加工的精度受到較大的影響，因此很有必要及時測出電極絲直徑，對線切割中由于電極絲損耗進(jìn)行補(bǔ)償。目前對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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入計(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是不可避免的，從而會導(dǎo)致其像在CCD上的抖動；另外電極絲抖動的方向、幅度、頻率時刻處于變化之中，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像元，但需要進(jìn)行大量計(jì)算。然而人工測量方法實(shí)時性不好，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，只能通過手動輸入的方式進(jìn)行補(bǔ)償，都不能實(shí)現(xiàn)自動補(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，都只能通過手動方式輸入，不能實(shí)現(xiàn)自動輸入補(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)都提供一個可以修改鉬絲直徑的對話窗口，需要人工進(jìn)行輸入，這不利于整個系統(tǒng)的自動化。
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，本實(shí)用新型的目的是提供一種線切割電極絲直徑在線自動檢測和補(bǔ)償裝置，根據(jù)現(xiàn)場切割的實(shí)時數(shù)據(jù)，綜合時間和運(yùn)動等多種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，運(yùn)用自動控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的運(yùn)算和邏輯處理，自動檢測和補(bǔ)償由于電極絲直徑損耗帶來的誤差量。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下本線切割電極絲直徑在線自動檢測和補(bǔ)償裝置主要包括數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動控制及執(zhí)行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線切割數(shù)控系統(tǒng)。所述線切割數(shù)控系統(tǒng)分別通過控制線連接數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動控制及執(zhí)行裝置和誤差量模擬輸入裝置。運(yùn)動控制及執(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)變成鍵盤信號反饋給線切割數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到此鍵盤信號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)信號線data、時鐘信號線elk和地線；所述數(shù)據(jù)處理電路采用三極管放大器2陽401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即數(shù)據(jù)信號data和時鐘信號clk，接入數(shù)據(jù)處理電路， 經(jīng)過放大器2陽401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)外中斷口的時鐘信號采集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)動控制及執(zhí)行裝置是一個由步進(jìn)電機(jī)帶動的兩軸聯(lián)動裝置，通過線切割數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動機(jī)械運(yùn)動機(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)來的測量信號時，1號步進(jìn)電機(jī)帶動絲杠控制數(shù)顯千分尺，使之在導(dǎo)軌上作水平運(yùn)動，從而將數(shù)顯千分尺送到電極絲所在位置，2號步進(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號步進(jìn)電機(jī)工作結(jié)束后2號步進(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，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)換成鍵盤信號自動輸入到線切割數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到此鍵盤信號后再重新控制切割機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償切割。本實(shí)用新型的關(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后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)地自動輸入。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的優(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檢測補(bǔ)償方法，不僅實(shí)現(xiàn)了自動補(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是電極絲在線自動檢測和補(bǔ)償裝置的控制原理圖；圖3是數(shù)顯千分尺數(shù)據(jù)接口示意圖；圖4是運(yùn)動控制及執(zhí)行裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、1號步進(jìn)電機(jī)2、滾珠絲杠 3、數(shù)顯千分尺 4、電極絲 5、2號步進(jìn)電機(jī)6、導(dǎo)軌 7、1號滑塊8、2號滑塊。
具體實(shí)施方式
如圖2所示為電極絲在線自動檢測和補(bǔ)償裝置的控制原理圖。該電極絲在線自動檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動控制及執(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)信號線data、2時鐘信號線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)，表示相對位置量，每組M位，低位在前，高位在后，第一個脈沖之前有一持續(xù)時間較長的低電平，讀數(shù)時從高位向低位開始；(3)第21位為符號位，符號位若為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M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2陽401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即數(shù)據(jù)信號data和時鐘信號clk，接入數(shù)據(jù)處理電路，經(jīng)過放大器2陽401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)外中斷口的時鐘信號采集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)動控制及執(zhí)行裝置運(yùn)動控制及執(zhí)行裝置是一個由步進(jìn)電機(jī)帶動的兩軸聯(lián)動裝置，通過線切割數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動機(jī)械運(yùn)動機(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，其包括兩個步進(jìn)電機(jī)、絲杠及配套螺母、導(dǎo)軌及配套的兩個滑塊和數(shù)顯千分尺，所述1號步進(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號滑塊7以及1號滑塊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號滑塊8上的2號步進(jìn)電機(jī)5通過另一個聯(lián)軸節(jié)與數(shù)顯千分尺3的測微螺桿連接，所述1號滑塊和2號滑塊在導(dǎo)軌上進(jìn)行有限距離的相對運(yùn)動。運(yùn)動控制及執(zhí)行裝置接到線切割數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的測量信號時，1號步進(jìn)電機(jī)1帶動絲杠2控制數(shù)顯千分尺3，使之在導(dǎo)軌6上作水平運(yùn)動，從而將數(shù)顯千分尺3送到電極絲 4所在位置，2號步進(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號步進(jìn)電機(jī)1工作結(jié)束后1號步進(jìn)電機(jī)5才開始工作。X為運(yùn)動方向。(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，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)換成鍵盤信號自動輸入到線切割數(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1.線切割電極絲直徑在線自動檢測和補(bǔ)償裝置，其特征在于所述裝置包括數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動控制及執(zhí)行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線切割數(shù)控系統(tǒng)；所述線切割數(shù)控系統(tǒng)分別通過控制線連接數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動控制及執(zhí)行裝置和誤差量模擬輸入裝置；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)信號線 data、時鐘信號線elk和地線；所述數(shù)據(jù)處理電路采用三極管放大器2陽401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即數(shù)據(jù)信號data和時鐘信號elk接入到所述數(shù)據(jù)處理電路；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)動控制及執(zhí)行裝置是一個由步進(jìn)電機(jī)帶動的兩軸聯(lián)動裝置，通過線切割數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)來帶動機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，將數(shù)顯千分尺送到電極絲位置，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。
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檢測和補(bǔ)償裝置，其特征在于 所述運(yùn)動控制及執(zhí)行裝置包括兩個步進(jìn)電機(jī)、絲杠及配套螺母、導(dǎo)軌及配套的兩個滑塊和數(shù)顯千分尺，所述1號步進(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號滑塊(7)以及1號滑塊(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號滑塊(8)上的2號步進(jìn)電機(jī)(5)通過另一個聯(lián)軸節(jié)與數(shù)顯千分尺(3)的測微螺桿連接。
專利摘要本實(shí)用新型提出線切割電極絲直徑在線自動檢測和補(bǔ)償裝置，其包括數(shù)據(jù)采集裝置、運(yùn)動控制及執(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)接收到此鍵盤信號后重新控制線切割機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償切割。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型不僅可實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償，而且還可實(shí)現(xiàn)零人工參與，節(jié)省人力財(cái)力；與其他檢測補(bǔ)償裝置比較，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，穩(wěn)定可靠，補(bǔ)償精度高。
文檔編號B23Q23/00GK201997822SQ201020671030
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月21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 申請人:重慶理工大學(xué)