專利名稱：一種測試刀庫中刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種測試刀庫中刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置及方法，屬于數(shù)控機床領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
刀庫及自動換刀裝置在使用過程中，由于碰撞、定位緊固件松動等意外原因，使得刀具翻轉(zhuǎn)后的位置精度發(fā)生變化；而刀具、機械手、主軸三者之間的相互位置精度，直接影響機床自動換刀的準確性和可靠性；因此，對刀具翻轉(zhuǎn)的定位精度的檢測是十分必要的。由于影響因素眾多，且每個因素的影響程度又無法直接確定，因此只能以實驗為基礎來測試出刀具翻轉(zhuǎn)的定位精度。為了系統(tǒng)地研究刀庫及自動換刀裝置在運行過程中，刀具翻轉(zhuǎn)的定位精度的變化，并掌握其精度變化的規(guī)律，需要一套完整的測試刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置與方法，而目前還沒有有關(guān)刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設計一套通過激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4檢測刀具3翻轉(zhuǎn)后刀柄位置與激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4的偏移距離，并利用數(shù)據(jù)采集卡將傳感器的位移信號輸送到PC機中,然后對激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4的位移信號進行處理并分析，得到刀具3的翻轉(zhuǎn)定位精度，用以評價鏈式刀庫I刀具翻轉(zhuǎn)裝置的運行精度與性能。激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4是通過自身發(fā)射激光遇到被測物體后激光被反射到自身的激光接收器，從而得到激光位移傳感器與被測物體之間的距離。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。一種測試刀庫中刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置，其特征在于:包括鏈式刀庫I及自動換刀裝置6、激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4、刀具3、安裝平臺7、控制柜8、虛擬主軸5、氣缸9、數(shù)據(jù)采集卡和PC機；激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4通過傳感器支架固定在鏈式刀庫I的本體上，且激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4在同一水平面上；激光位移傳感器B4安裝時，其射出的光線應經(jīng)過刀具3翻轉(zhuǎn)90°后的刀柄位置的圓心且與鏈式刀庫本體平行；激光位移傳感器A2安裝時，其射出的光線應經(jīng)過刀具3刀柄位置的的圓心且與激光位移傳感器B4射出的光線成150°角，在氣缸9上裝有兩個磁性開關(guān)用于檢測刀具是否完成翻轉(zhuǎn)。應用所述裝置的方法，其特征在于:通過控制柜8將需要選取的目標刀號，送到換刀位置；并在氣缸9的作用下使刀具3完成翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后瞬間激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4檢測出刀具3刀柄位置與固定在本體上的激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4的偏移距離值；激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4的輸出信號通過數(shù)據(jù)采集卡采集到電腦上進行數(shù)據(jù)處理分析。所述激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4安裝在傳感器支架上，并通過螺釘將傳感器支架固定在鏈式刀庫的本體上，以保證翻刀測試時實測的刀具3刀柄位置與激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4的偏移距離的準確性；傳感器支架在垂直于水平面的方向上能夠上下微調(diào)，使得兩個激光位移傳感器在同一水平面上。激光位移傳感器與支架裝配時具有一定的可調(diào)性，可以使傳感器射出的光線相交于虛擬刀柄圓心如圖3。傳感器支架的設計保證，激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4在同一水平面上，且使激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4射出的光線經(jīng)過虛擬刀柄位置的圓心。進一步，激光位移傳感器A2安裝在傳感器支架上，應與刀庫本體成30°角，保證激光位移傳感器A2及傳感器支架有效的避開自動換刀裝置6的機械手工作范圍。進一步，所述傳感器安裝支架與激光位移傳感器A、激光位移傳感器B的安裝面及刀庫本體連接面的表面粗糙度為精銑-精銑或磨-磨。本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)本發(fā)明提供了一種刀庫刀具翻轉(zhuǎn)定位的裝置與檢測方法，可以動態(tài)的檢測刀庫運行時刀具翻轉(zhuǎn)定位精度，比以往靜態(tài)的檢測方式更為準確地反映了在刀具翻轉(zhuǎn)過程中的重復定位誤差，為廠家制造廠商提供了刀具翻轉(zhuǎn)重復定位的誤差參數(shù)。(2)本發(fā)明提供的測試裝置可以適用于不同規(guī)格不同類型刀庫刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的檢測，且不受廠家刀庫結(jié)構(gòu)的限制。(3)本發(fā)明采用的是高性能高精度激光位移傳感器，安裝方便。與電渦流及電容位移傳感器相比，該激光位移傳感器量程較大，最大可達60_，能夠有效地避開機械手的工作范圍；且分辨率較高，測試精度可達1.5um。(4)本發(fā)明提供的測試方法比較新穎。由于刀具3是標準件，對于不同規(guī)格的刀具3刀柄位置的尺寸是固定的，且加工精度在± Iy m，所以在同一刀庫中各刀具3的刀柄尺寸是一致的。因此我們可以通過每次測試得到刀具3刀柄圓形上的兩個點與激光位移傳感器的距離，通過換算可以計算出實際翻刀位置的圓心。通過利用檢測刀具3刀柄位置的翻轉(zhuǎn)定位精度，間接檢測出刀具3翻轉(zhuǎn)定位精度的方法是可行的。


圖1是本發(fā)明測試平臺的示意圖。圖2是本發(fā)明測試刀具翻轉(zhuǎn)90°后檢測位置示意圖主視圖。圖3是本發(fā)明測試刀具翻轉(zhuǎn)90°后檢測方法及位置示意圖俯視圖，。圖4是圖1所示激光位移傳感器A2支架的主視圖和俯視圖。圖5是圖1所示激光位移傳感器B4支架的主視圖和俯視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合工作原理和結(jié)構(gòu)附圖對測試法向合面動態(tài)特性裝置作進一步的詳細說明。本發(fā)明裝置包括鏈式刀庫I及自動換刀裝置6、激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4、刀具3、氣缸9、安裝平臺7、控制柜8、虛擬主軸5、數(shù)據(jù)采集卡和PC機。本發(fā)明的基本思想是利用兩個激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B4，分別檢測刀具3翻轉(zhuǎn)后瞬間斜線方向與水平方向成150°度角位置如圖3和水平方向的位移，并記錄該次翻轉(zhuǎn)斜線方向和水平方向的刀具3刀柄位置與激光位移傳感器A2,激光位移傳感器B4的距離偏移量，如圖3通過計算得到在刀具3刀柄圓周上的兩點以虛擬圓心0(x, y)為坐標原點的坐標點o’(X’，y ’)，得到實際翻刀位置的刀具3刀柄位置圓心。多次翻刀后，得到多個翻刀位置刀具3刀柄位置圓心的值，并在以設計圓心為坐標原點的坐標系中顯示他們的實際位置，從而可以計算出刀柄的重復定位精度。激光位移傳感器A、激光位移傳感器B中的半導體激光的壽命依賴于周圍溫度，檢測頭自身會發(fā)熱，所述傳感器支架的材料采用Q235。所述激光位移傳感器A、激光位移傳感器B采用松下型號為HL-G105-A-C5的標準型激光位移傳感器，所述采集卡采用凌華科技型號為PC1-9222的多功能數(shù)據(jù)采集卡。所述測試方法為，在氣缸上裝有兩個磁性開關(guān)用于檢測刀具是否完成翻轉(zhuǎn)，將磁性開關(guān)的信號接入數(shù)據(jù)采集卡中。當接收到磁性開關(guān)的信號后，開始采集激光位移傳感器的數(shù)據(jù)，IOOms之后采集數(shù)據(jù)過程結(jié)束，將數(shù)據(jù)保存并在PC機上進行處理。該測試過程完全脫離于控制系統(tǒng)。利用本裝置可以做以下幾類實驗:(I)當鏈式刀庫I處于靜止狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓充足情況下，利用控制柜8控制氣缸9，使刀具3不停的完成翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)運動，進而測試同一刀具在鏈式刀庫I靜止狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓充足時的重復定位精度。(2)當鏈式刀庫I處于靜止狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓不足情況下，利用控制柜8控制氣缸9，使刀具3不停的完成翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)運動，進而測試同一刀柄在在鏈式刀庫I靜止狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓不足時的重復定位精度。(3)當鏈式刀庫I運動狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓充足情況下，利用控制柜8控制鏈式刀庫I的運動，使被測刀具3經(jīng)過一個循環(huán)后回到換刀位置，并在氣缸的作用下完成翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)，進而測試同一刀具3在刀庫處于運動狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓充足時的重復定位精度。(4)當鏈式刀庫I運動狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓不足情況下，利用控制柜8控制鏈式刀庫I的運動，使被測刀具3經(jīng)過一個循環(huán)后回到換刀位置，并在氣缸9的作用下完成翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)，進而測試同一刀具在鏈式刀庫I處于運動狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓不足時的重復定位精度。(5)當鏈式刀庫I處于運動狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓充足情況下，利用控制柜8將隨機的刀具3送到換刀位置，測試出前后不同刀具3在鏈式刀庫I處于運動狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓充足時的位置誤差。(6)當鏈式刀庫I處于運動狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓不足情況下，利用控制柜8將隨機的刀具3送到換刀位置，測試出前后不同刀具3在鏈式刀庫I運動狀態(tài)且氣缸9內(nèi)氣壓不足時的位置誤差。
權(quán)利要求
1.一種測試刀庫中刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置，其特征在于:包括鏈式刀庫(I)及自動換刀裝置(6)、激光位移傳感器A (2)、激光位移傳感器B (4)、刀具(3)、安裝平臺(7)、控制柜(8)、虛擬主軸(5)、氣缸(9)、數(shù)據(jù)采集卡和PC機；激光位移傳感器A (2)、激光位移傳感器B (4)通過傳感器支架固定在鏈式刀庫(I)的本體上，且激光位移傳感器A (2)、激光位移傳感器B (4)在同一水平面上；激光位移傳感器B (4)安裝時，其射出的光線應經(jīng)過刀具(3)翻轉(zhuǎn)90°后的刀柄位置的圓心且與鏈式刀庫本體平行；激光位移傳感器A (2)安裝時，其射出的光線應經(jīng)過刀具(3)刀柄位置的的圓心且與激光位移傳感器B (4)射出的光線成150°角，在氣缸(9)上裝有兩個磁性開關(guān)用于檢測刀具是否完成翻轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測試刀庫中刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置，其中特征在于:激光位移傳感器A (2)安裝在傳感器支架上，應與刀庫本體成30°角，保證激光位移傳感器A (2)及傳感器支架有效的避開自動換刀裝置(6)的機械手工作范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測試刀庫中刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置，其中特征在于:所述傳感器安裝支架與激光位移傳感器A (2)、激光位移傳感器B (4)的安裝面及刀庫本體連接面的表面粗糙度為精銑-精銑或磨-磨。
4.應用權(quán)利要求1所述的一種測試刀庫中刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置的方法，其特征在于:通過控制柜(8)將需要選取的目標刀號，送到換刀位置；并在氣缸(9)的作用下使刀具(3)完成翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后瞬間激光位移傳感器A (2)、激光位移傳感器B (4)檢測出刀具(3)刀柄位置與固定在本體上的激光位移傳感器A (2)、激光位移傳感器B (4)的偏移距離值；激光位移傳感器A (2)、激光位移傳感器B (4)的輸出信號通過數(shù)據(jù)采集卡采集到電腦上進行數(shù)據(jù)處理分析。
全文摘要
一種測試刀庫中刀具翻轉(zhuǎn)定位精度的裝置及方法屬于數(shù)控機床領(lǐng)域。本裝置包括鏈式刀庫自動換刀裝置、激光位移傳感器A、激光位移傳感器B、刀具、安裝平臺、控制柜、虛擬主軸、數(shù)據(jù)采集卡和PC機。鏈式刀庫及自動換刀裝置安裝在安裝平臺上，激光位移傳感器A、激光位移傳感器B固定在鏈式刀庫的本體上，利用控制柜將刀具通過鏈式傳動方式傳送到換刀位置，氣缸作用使刀具完成從水平到垂直的翻轉(zhuǎn)；在刀具完成翻轉(zhuǎn)的瞬間，激光位移傳感器檢測出出刀具刀柄位置與固定在本體上的激光位移傳感器的偏移距離值。該位移參數(shù)通過數(shù)據(jù)采集卡輸入到PC機中得到刀具翻轉(zhuǎn)定位精度。本發(fā)明解決了刀庫在運行狀態(tài)下刀具翻轉(zhuǎn)定位精度難以測試的問題。
文檔編號B23Q17/22GK103100936SQ20131005728
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月23日
發(fā)明者紀姝婷, 張躍明, 劉曉娜 申請人:北京工業(yè)大學