專利名稱：光感測自動磨削探位系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼軌焊接后自動磨削技術，尤其涉及自動磨削中的探位系統(tǒng)和方法。
技術背景
無縫鋼軌焊接后需要對焊接部位進行打磨，以使鋼軌表面較為平滑。實際操作中， 一般是通過加工機床來進行自動磨削。圖1簡單示意了加工機床鋼軌之間的相對位置。如 圖所示，砂輪100活動設置在加工機床的砂輪承載件10(比如機床橫梁)上。加工機床起動 之后，在控制器(比如PLC控制器)的控制作用下，主軸電機帶動砂輪100高速旋轉，而伺 服電機在控制器的作用下驅動動主軸的進給，從而使砂輪靠近、接觸鋼軌，進而打磨鋼軌。為了讓焊接處磨削之后的平面與鋼軌的平面在同一水平線，磨削之前，首先要進 行磨削探位，或者說確定砂輪和鋼軌之間的位置關系。以下結合圖1簡單說明如何確定砂輪和鋼軌之間的位置關系。高速旋轉的砂輪 100在主軸的進給操作之下，接觸到鋼軌，完成了第一次探位，產(chǎn)生了第一位置200，然后砂 輪100在主軸進給操作的控制之下，離開鋼軌；接著，砂輪100隨砂輪承載部件10沿與鋼軌 大致平行的方向移動，并在移動了預先設定的距離之后，進行第二次探位，以產(chǎn)生第二位置 102 ；最后調(diào)整砂輪承載部件10的位置，使其平行于由第一位置101和第二位置102之間形 成的直線，由此完成了砂輪100的對刀操作，確定了砂輪和鋼軌之間的位置關系。例如前述加工機床的探位，常規(guī)磨削操作中，可以采用主軸探位，即機床加工主軸 電機扭矩反饋對刀以及加工機具接觸到待磨削工件(如焊接后待磨削的無縫鋼軌)時，主 軸電機的扭力發(fā)生變化，加工機床的控制器采集該扭矩的變化，進而控制主軸進給，由此來 確定第一位置101和第二位置102，完成砂輪接觸到待磨削工件時的探位。但由于鋼軌焊接之后需磨削的部分(如圖1中的焊接處120)硬度較高，要求驅動 砂輪旋轉的主軸電機功率較大，一般要5. 5KW以上，而砂輪在接觸到鋼軌時的扭矩又很小， 亦即對刀的扭矩很小(小火花)，所以大功率電機很容易分辨不出小扭矩。所以，磨削鋼軌 無法采用主軸探位。對于鋼軌的磨削，目前普遍多采用聲控傳感器來進行控制。聲控傳感器采集高速 旋轉的砂輪接觸鋼軌時發(fā)出的聲音，根據(jù)該聲音確定砂輪與鋼軌的接觸，由此產(chǎn)生第一位 置和第二位置，完成對刀。由于加工現(xiàn)場常有鋼軌粗磨削和焊接后風冷卻的聲音，導致聲控 傳感器極易受到粗磨削聲音或風冷卻聲音的干擾，致使探位無法進行或產(chǎn)生誤差。所以有 必要對當前的磨削探位進行改進，使磨削在準確探位的同時，可有效避免其它外界干擾。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供光控感測自動磨削探位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括砂輪；連接到砂輪 并控制砂輪的操作的砂輪控制模塊；光信號感測模塊，其在砂輪與待磨削部件接觸產(chǎn)生火 花時，采集光信號，并處理采集的光信號，以及將經(jīng)過初步處理的光信號傳送到控制器；以 及控制器，其在接收到經(jīng)處理的光信號后，輸出斷開信號并將該斷開信號發(fā)送給砂輪控制模塊。優(yōu)選地，光信號感測模塊可以包括光纖和放大器，所述光纖采集所產(chǎn)生的火花的 光信號，所述放大器將所采集的光信號轉換為電信號并將其放大，所述放大器進一步將該 電信號傳送到所述控制器。優(yōu)選地，該放大器為光敏器件。優(yōu)選地，所述光信號感測模塊還可以包括設置在光線端部的玻璃器件。優(yōu)選地，所述玻璃器件可以為直徑略大于所述光纖直徑的圓形玻璃或透鏡。在所 述玻璃器件的角落位置可以設置有若干穿孔。本發(fā)明提供光感測自動磨削探位的方法，該方法包括由光信號感測模塊在砂輪與 待磨削部件接觸產(chǎn)生火花時，采集光信號；將采集的光信號轉換為電信號；將該電信號傳 遞給控制器； 控制器根據(jù)所接收的電信號，發(fā)送斷開信號給砂輪控制模塊；以及砂輪控制 模塊根據(jù)該信號，使砂輪推理待磨削部件。優(yōu)選地，光信號感測模塊可以通過光纖采集光信號。將所采集的光信號轉換為電 信號且在該電信號轉送給控制器之前，放大該電信號。執(zhí)行本發(fā)明所述的光感測進行自動磨削探位的系統(tǒng)或方法，可穩(wěn)定、準確可靠地 進行探位。


圖1是加工機床鋼軌之間的相對位置的簡單示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明所述的光控感測自動磨削探位系統(tǒng)的結構示意圖；以及圖3是本發(fā)明所述通過光感測進行自動磨削探位的方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點更加明顯易懂，以下結合附圖和具體實施方 式，進一步詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，附圖中的各結構只是示意性說明，用以使本領域普通技術人員了 解到本發(fā)明所述自動磨削探位系統(tǒng)的結構，并不表明實際應用中自動磨削探位系統(tǒng)的結構 必需如圖示的完全一致。實際上，自動磨削探位系統(tǒng)的實際構造和圖示的相比，要復雜很多，但由于該系統(tǒng) 的其它部件與本發(fā)明的改進之處并無直接關系，所以有些未在圖中示意，或雖示意在圖中， 但并不做詳細描述或者不描述。此外，雖然以下實施方式是以光控感測自動磨削探位系統(tǒng) 對鋼軌進行磨削來進行說明，但并不以此為限制，本發(fā)明所述光控感測自動磨削探位系統(tǒng) 也可以用于對其它部件進行磨削。圖2是根據(jù)本發(fā)明所述的光控感測自動磨削探位系統(tǒng)的結構示意圖。如圖所示， 自動磨削探位系統(tǒng)2包括控制器20，砂輪21，砂輪控制模塊22，和光信號感測模塊23。砂 輪控制模塊22 —般包括主軸旋轉驅動單元220、主軸電機221、主軸進給驅動單元222、伺 服電機223和編碼器224。在本實施方式中，該控制器20為可編程控制器PLC，但實際應用 中，該控制器也可以為其它形式的控制部件，比如DSP等?？刂破?0通過主軸旋轉驅動單 元220連接主軸電機221及砂輪21，進而通過主軸旋轉驅動單元來控制主軸電機221的運 作，而主軸電機221則帶動砂輪21高速旋轉?？刂破?0還控制主軸進給驅動單元222運行，進而伺服驅動器驅動伺服電機223運行。在過程中，伺服電機223運行與編碼器224通 信，以便將伺服電機運行脈沖饋送給控制器20，由此完成定位控制。砂輪控制模塊22對砂 輪21磨削的控制并非本發(fā)明的重點所在，在此就不多做贅述。
光感測模塊23包括光纖231和放大器230。光纖231用于在砂輪21與鋼軌待磨削 部位接觸產(chǎn)生火花時，采集光信號，其中該待磨削部位是鋼軌的焊接處，而在實際應用中， 光纖231可以設置靠近砂輪21處，例如設置在砂輪21與主軸電機的連接部件上，比如砂輪 21的承載件上。放大器將采集的光信號轉換為電信號并對其進行放大；放大器230則連接 在光纖231，該放大器為光敏器件，比如光敏三級管、光敏二級管、光敏電阻等。隨后，該電 信號被傳送到控制器22，而控制器22在接收到該電信號后，即輸出用于禁止主軸進給驅 動單元222給伺服電機223發(fā)送脈沖的斷開信號，使得伺服電機223停止進給并且快速反 轉，從而讓砂輪21脫離鋼軌，完成探位；其中該快速反轉可以是比如30ms即反向運行。優(yōu) 選地，在光纖感測端的端部還設置了玻璃器件，用于阻止灰塵污染光纖。一般而言，該玻璃 器件為直徑略為大于光纖直徑的圓形玻璃或透鏡?？蛇x地，可以靠近該玻璃器件的角落處， 設置穿孔，以便通過空氣來清潔光纖表面；例如，可以在玻璃器件的四個角落各設置一個穿 孔，或者在一個或兩個或三個角落分別設置一個或一個以上的穿孔。圖3是本發(fā)明所述光感測自動磨削探位方法的流程圖。以下通過將本發(fā)明所述方 法應用在圖2所示的系統(tǒng)，來舉例說明本發(fā)明所述的光感測自動磨削探位方法。如圖，在步 驟300，自動磨削探位開始；實際應用中，自動磨削探位的開始也可以理解為磨削過程的開 始。在步驟301，砂輪控制模塊22控制砂輪21接觸鋼軌；具體而言，控制器20控制主軸旋 轉驅動單元220運行，驅動單元220驅動主軸電機221運行；控制器20控制主軸進給驅動 單元(即伺服驅動器)222運行，進而伺服驅動器驅動伺服電機223運行；在伺服電機運行 過程中，其與伺服編碼器通信，以反饋伺服電機的運行脈沖；在伺服電機向下運行時，高速 旋轉的主軸電機221的連接軸(圖2中未示意)上所帶的砂輪21即不斷接觸鋼軌。在步 驟302，光信號感測模塊23在砂輪與鋼軌接觸產(chǎn)生火花時，采集光信號，在本示例中，由光 纖231來采集光纖號。在步驟303，將所采集的光信號轉換為電信號并放大，放大的電信號 被傳送到控制器20，在本例中，光信號到電信號的轉換與放大可以通過放大器230來進行， 而放大器230可以是例如光敏三極管、光敏二級管及光敏電阻等光敏器件；在步驟304，控 制器20根據(jù)所接收的電信號，輸出用于禁止主軸進給驅動單元222給伺服電機223發(fā)送脈 沖的斷開信號，使得伺服電機223停止進給并且快速反轉，從而讓砂輪21脫離鋼軌，完成探 位；其中該快速反轉可以是比如30ms即反向運行，該斷開信號可以為高電平有效的脈沖 信號。根據(jù)本發(fā)明所述的光感測進行自動磨削探位的系統(tǒng)或方法，采用光纖，碎削火花 所產(chǎn)生的微弱的光信號(約IOLm)既可以被傳輸，且抗干擾能力超強，而其光纖感測火花的 時間約1ms，且傳導率可達到99. 99%。綜上，本發(fā)明所述的光感測進行自動磨削探位基于對碎削火花所產(chǎn)生的微弱的光 信號的感測來進行探位，感測過程不受現(xiàn)場噪音的影響，加之光感測動作響應較快，從而使 得本發(fā)明所述的光感測進行自動磨削探位的系統(tǒng)或方法具有探位穩(wěn)定、準確、可靠的優(yōu)點。最后應當說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其進 行限制。盡管參照上述具體實施方式
對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解，依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或對部分技術特征進行等同替換， 而在不脫離本發(fā)明的技術方案的精神下，其均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術方案 范圍當 中。
權利要求
一種光探測自動磨削探位系統(tǒng)，其包括砂輪；砂輪控制模塊，連接到砂輪，并控制砂輪的操作；光信號感測模塊，在砂輪與待磨削部件接觸產(chǎn)生火花時，采集光信號，并處理采集的光信號，以及將經(jīng)過初步處理的光信號傳送到控制器；以及控制器，在接收到經(jīng)處理的光信號后，輸出斷開信號并將該斷開信號發(fā)送給砂輪控制模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中光信號感測模塊包括光纖和放大器，所述光纖采 集所產(chǎn)生的火花的光信號，所述放大器將所采集的光信號轉換為電信號并將其放大，所述 放大器進一步將該電信號傳送到所述控制器。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述放大器為光敏器件。
4.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述光信號感測模塊還包括設置在光線端部的玻 璃器件ο
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述玻璃器件為直徑略大于所述光纖直徑的圓形 玻璃或透鏡。
6.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中在所述玻璃器件的角落位置設置有若干穿孔。
7.—種光感測自動磨削探位方法，所述方法包括由光信號感測模塊在砂輪與待磨削部件接觸產(chǎn)生火花時，采集光信號；將所采集的光信號轉換為電信號；將該電信號傳遞給控制器；控制器根據(jù)所接收的電信號，發(fā)送斷開信號給砂輪控制模塊；以及砂輪控制模塊根據(jù)該信號，使砂輪推理待磨削部件。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中光信號感測模塊通過光纖采集光信號。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中將所采集的光信號轉換為電信號進一步包括在將 該電信號傳送給控制器之前，放大該電信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光感測自動磨削探位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括砂輪；連接到砂輪并控制砂輪的操作的砂輪控制模塊；光信號感測模塊，其在砂輪與待磨削部件接觸產(chǎn)生火花時，采集光信號，并處理采集的光信號，以及將經(jīng)過初步處理的光信號傳送到控制器；以及控制器，其在接收到經(jīng)處理的光信號后，輸出斷開信號并將該斷開信號發(fā)送給砂輪控制模塊。其可提供穩(wěn)定、準確并可靠的探位。
文檔編號B24B49/12GK101966690SQ20101023813
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2010年7月27日
發(fā)明者凌沛洪, 焦紅武 申請人:上海瑞紐機械裝備制造有限公司