本發(fā)明涉及運動部件的歸零定位，尤其涉及金屬成型設備的歸零定位系統(tǒng)及方法。

背景技術：

目前，在運動部件的位置控制中，例如金屬壓鑄成型設備的壓射油缸的定位中，普遍采用磁柵尺和接近開關組合的方式用來控制。磁柵尺用于檢測實際壓射油缸的位移量，本身的分辨率可高達0.001mm。在壓射油缸在移動過程中，磁柵尺讀數(shù)頭采集位置信號并不斷的發(fā)脈沖，控制器或PLC接收并記錄脈沖數(shù)，根據(jù)脈沖當量乘以脈沖數(shù)得到計算實際的位移量。接近開關用于原點位置歸零，每當壓射油缸后退到底，接近開關檢測到導向桿上的被感應零件，并觸發(fā)信號的跳變，程序寄存器清空當前脈沖計數(shù)，以觸發(fā)時的位置作為壓射位置的絕對零位。絕對零位的重復精度跟接近開關本身靈敏度、移動物體的速度、檢測物體的距離、環(huán)境因素都有關系，接近開關的感應方式用于定位場合，并不算精密。

據(jù)估計，單接近開關的本身的重復精度在0.2mm左右，這就決定了壓射系統(tǒng)至少存在0.2mm的重復定位誤差，再加上控制系統(tǒng)的其他誤差，比如感應體和接近開關的檢測距離發(fā)生變化，導致壓射系統(tǒng)在低速轉(zhuǎn)高速切換位置、高速轉(zhuǎn)增壓位置都存在基礎誤差，這對于薄壁或制品重量較小的精密壓鑄影響特別明顯。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供成本低、精度高的運動部件的歸零定位系統(tǒng)和方法。

為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于運動部件的歸零定位方法，所述歸零定位方法包括步驟：

安裝脈沖增量式位移傳感器和開關量檢測傳感器，其中所述脈沖增量式位移傳感器能夠發(fā)出循環(huán)零位脈沖信號；

啟動所述運動部件的運動；

在所述運動部件運動到所述開關量檢測傳感器的觸發(fā)范圍內(nèi)時，使得所述開關量檢測傳感器觸發(fā)；

使得運動部件繼續(xù)運動，同時檢測所述脈沖增量式位移傳感器的循環(huán)零位脈沖信號；以及

當檢測到所述循環(huán)零位脈沖信號時，使得所述運動部件停止運動，并將所述運動部件停止的位置設置為所述運動部件的原點。

一實施例中，所述方法進一步包括步驟：在所述開關量檢測傳感器觸發(fā)的同時，檢測所述運動部件在從所述開關量檢測傳感器開始觸發(fā)到檢測到所述循環(huán)零位脈沖信號期間所行進的距離L，如果L在預定范圍之內(nèi)，則將所述運動部件停止的位置設置為所述運動部件的原點，如果L在預定范圍之外，則給出錯誤提醒。

一實施例中，所述脈沖增量式位移傳感器是光柵尺、磁柵尺、磁致伸縮尺或拉線編碼器，以及所述開關量檢測傳感器是微動開關、光電開關或接近開關。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于金屬成型設備的壓射油缸的歸零定位方法，其中所述金屬成型設備進一步包括安裝支座和壓射導向桿，所述壓射導向桿安裝于所述安裝支座并與所述壓射油缸關聯(lián)，從而能夠隨著所述壓射油缸同步運動，所述歸零定位方法包括步驟：

安裝脈沖增量式位移傳感器和開關量檢測傳感器，其中，其中所述脈沖增量式位移傳感器能夠發(fā)出循環(huán)零位脈沖信號且組成所述脈沖增量式位移傳感器的元件的至少一部分安裝在所述壓射導向桿上，所述開關量檢測傳感器布置在所述壓射桿并離所述壓射導向桿預定距離，

啟動所述壓射油缸的運動；

在所述壓射導桿運動到所述開關量檢測傳感器的觸發(fā)范圍內(nèi)時，所述開關量檢測傳感器觸發(fā)；

使得壓射油缸繼續(xù)運動，同時檢測所述脈沖增量式位移傳感器的循環(huán)零位脈沖信號；以及

當檢測到所述循環(huán)零位脈沖信號時，使得所述壓射油缸停止運動，并將所述壓射油缸停止的位置設置為所述壓射油缸的原點。

一實施例中，所述脈沖增量式位移傳感器是光柵尺、磁柵尺、磁致伸縮尺或拉線編碼器，以及所述開關量檢測傳感器是微動開關、光電開關或接近開關。

一實施例中，所述方法進一步包括步驟：在所述開關量檢測傳感器觸發(fā)的同時，檢測所述壓射導桿在從所述開關量檢測傳感器開始觸發(fā)到檢測到所述循環(huán)零位脈沖信號期間所行進的距離L，如果△S<L<S-△S，則將所述運動部件停止的位置設置為所述運動部件的原點，如果L<△S或L>S-△S，則給出錯誤提醒，其中，S為脈沖增量式位移傳感器的周期采樣信號的物理間距，△S為所述開關量檢測傳感器的檢測精度。

一實施例中，所述脈沖增量式位移傳感器是三相脈沖式增量式磁柵尺，以及所述開關量檢測傳感器是接近開關，所述方法進一步包括步驟：在所述開關量檢測傳感器觸發(fā)的同時，檢測所述壓射導桿在從所述開關量檢測傳感器開始觸發(fā)到檢測到所述循環(huán)零位脈沖信號期間所行進的距離L，如果△S<L<S-△S，則將所述運動部件停止的位置設置為所述運動部件的原點，如果L<△S或L>S-△S，則給出錯誤提醒，其中，S為所述三相脈沖式增量式磁柵尺的磁間距，△S為所述接近開關的檢測精度。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于金屬成型設備的壓射油缸的歸零定位方法，其中所述金屬成型設備進一步包括安裝支座和壓射導向桿，所述壓射導向桿安裝于所述安裝支座并與所述壓射油缸關聯(lián)，從而能夠隨著所述壓射油缸同步運動，其中所述歸零定位方法包括步驟：

安裝接近開關、三相脈沖式增量式磁柵尺的磁條和讀數(shù)頭，其中所述磁條安裝在所述壓射導向桿上，所述接近開關布置在所述壓射桿的上方或下方并離所述壓射導向桿第一預定距離，以及所述磁柵尺讀數(shù)頭布置在所述壓射導向桿的上方或下方并離所述磁條第二預定距離；

啟動所述壓射油缸的運動，其中所述壓射油缸的運動帶動所述壓射導向桿同步運動；

在所述壓射導向桿運動到所述接近開關的觸發(fā)范圍內(nèi)時，所述接近開關觸發(fā)；

使得所述壓射油缸繼續(xù)運動，同時檢測所述磁條磁間距內(nèi)的Z相脈沖信號；以及

當檢測到所述Z相脈沖信號時，使得所述壓射油缸停止運動，并將所述壓射油缸停止的位置設置為所述壓射油缸的原點。

一實施例中，所述接近開關和所述磁柵尺讀數(shù)頭安裝在所述安裝支座上。

一實施例中，所述壓射導向桿上設有臺階，當所述壓射導向桿上的臺階運動到所述接近開關上方或下方時，所述接近開關觸發(fā)。

一實施例中，所述方法進一步包括步驟：在所述接近開關觸發(fā)的同時，檢測所述壓射導向桿在從所述接近開關開始觸發(fā)到檢測到所述Z相脈沖信號期間所行進的距離L，如果△S<L<S-△S，則將所述運動部件停止的位置設置為所述運動部件的原點，如果L<△S或L>S-△S，則給出錯誤提醒，其中，S為所述三相脈沖式增量式磁柵尺的磁間距，△S為所述接近開關的檢測精度。

根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種用于金屬成型設備的壓射油缸的歸零定位系統(tǒng)，其中所述金屬成型設備進一步包括安裝支座和壓射導向桿，所述壓射導向桿安裝于所述安裝支座并與所述壓射油缸關聯(lián)，從而能夠隨著所述壓射油缸同步運動，其中所述歸零定位系統(tǒng)包括接近開關、三相脈沖式增量式磁柵尺的磁條和磁柵尺讀數(shù)頭，其中所述磁條安裝在所述壓射導向桿上，所述接近開關布置在所述壓射桿的上方或下方并離所述壓射導向桿第一預定距離，且在所述壓射導向桿運動到所述接近開關的觸發(fā)范圍內(nèi)時，所述接近開關觸發(fā)，以及所述磁柵尺讀數(shù)頭布置在所述壓射導向桿的上方或下方并離所述磁條第二預定距離，且當所述接近開關觸發(fā)且所述磁柵尺讀數(shù)頭檢測到所述磁條磁間距內(nèi)的Z相脈沖信號時，使得所述壓射油缸停止運動，并將所述壓射油缸停止的位置設置為所述壓射油缸的原點。

一實施例中，所述接近開關和所述磁柵尺讀數(shù)頭安裝在所述安裝支座上。

一實施例中，所述壓射導向桿上設有臺階，當所述壓射導向桿上的臺階運動到所述接近開關上方或下方時，所述接近開關觸發(fā)。

一實施例中，所述接近開關的水平檢測范圍和所述三相脈沖式增量式磁柵尺的磁間距選擇成使得所述接近開關的水平檢測范圍≥2倍*磁間距。

本發(fā)明的歸零定位系統(tǒng)和方法能夠以低成本的方式實現(xiàn)高歸零定位精度。

附圖說明

圖1是安裝有根據(jù)本發(fā)明的一實施例的歸零定位系統(tǒng)的金屬成型設備的壓射系統(tǒng)的一部分結構圖；

圖2是圖1的壓射系統(tǒng)的部分的結構圖；

圖3是圖1的歸零定位系統(tǒng)的磁柵尺的時序圖；

圖4是圖1的歸零定位系統(tǒng)的電氣接線圖；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的歸零定位方法的流程圖。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細說明，以便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點。應理解的是，附圖所示的實施例并不是對本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說明本發(fā)明技術方案的實質(zhì)精神。

圖1和2示出安裝有根據(jù)本發(fā)明的一實施例的歸零定位系統(tǒng)的金屬成型設備的壓射系統(tǒng)的一部分結構圖。如圖1和2所示，金屬成型設備的壓射系統(tǒng)包括壓射油缸1、安裝支座2、壓射導向桿3以及壓射油缸的位置控制系統(tǒng)。壓射導向桿3安裝于安裝支座2并與壓射油缸1關聯(lián)，從而能夠隨著壓射油缸同步運動。具體地，壓射油缸1穿過安裝支座2的中部的通孔26。在安裝支座2的兩側(cè)設有壓射導向桿安裝臺21和22。兩根壓射導向桿3和6分別穿過壓射導向桿安裝臺21和22。安裝臺21的上部和下部分別設有凹腔23和通槽24。凹腔23的底部設有安裝孔25。安裝孔25為通孔并與通孔26連通，其內(nèi)壁設有螺紋。接近開關4擰入安裝孔25并置于壓射導向桿3上方。壓射導向桿3上設有臺階31。當壓射導向桿3上的臺階運動到接近開關4下方在接近開關4的觸發(fā)范圍內(nèi)時，接近開關4觸發(fā)。應理解的是，接近開關也可以布置成檢測其他構件上，只要該構件布置成隨壓射油缸同步運動即可。另外，接近開關也可由諸如微動開關或光電開關等其他開關量檢測傳感器來替代。

壓射導向桿3的下側(cè)安裝有磁條7。通槽24的側(cè)壁上安裝有磁柵尺讀數(shù)頭5。磁柵尺讀數(shù)頭5距離磁條7預定距離，該預定距離可以根據(jù)所選擇的磁柵尺及磁柵尺讀數(shù)頭型號來確定，從而在壓射導向桿的運動過程中，磁柵尺讀數(shù)頭5可以時刻檢測到磁條7，從而檢測壓射導向桿3的位置。應理解的是，磁條7和磁柵尺讀數(shù)頭5的主要作用是檢測壓射導向桿的位置，從而檢測壓射油缸的位置。應理解的是，也可以通過檢測跟隨壓射油缸一起運動的其他構件的位置來間接地檢測壓射油缸的位置，即磁條7和磁柵尺讀數(shù)頭5也可以安裝在其他位置。另外，磁條7和磁柵尺讀數(shù)頭5可以由諸如光柵尺、磁柵尺、磁致伸縮尺或拉線編碼器等脈沖增量式位移傳感器來替代，只要這些脈沖增量式位移傳感器能夠發(fā)出循環(huán)零位脈沖信號即可。這里，循環(huán)零位脈沖信號指的是基于傳感器的檢測原理，能在固定間距或角度內(nèi)，周期的給出一個脈沖信號，例如，對于磁柵尺，是每個磁間距內(nèi)的Z相脈沖，對于光柵尺、磁致伸縮尺和拉線編碼器，是單圈編碼器的重復零位脈沖。

如圖4所示，本發(fā)明中，磁柵尺讀數(shù)頭5和磁條7為三相脈沖式增量式磁柵尺，相比“AB”相磁柵尺，成本基本保持不變，增加的“Z”相為循環(huán)零點脈沖信號，既在每個磁間距的固定位置(通常為1mm或2mm規(guī)格)，都會給出一個脈沖信號。圖3示出增量式磁柵尺三相信號時序圖。磁柵讀數(shù)頭包括A相、B相和Z相輸出口，這三個輸出口分別連接到PLC輸入采集模塊的三個輸入口。接近開關4連接到PLC的另一輸入口。由此，PLC輸入采集模塊可以隨時采集來自磁柵尺的信號以及接近開關4的信號，輸送到控制系統(tǒng)并進行相應的計算，從而對壓射油缸的位置進行控制。

上述的接近開關可以為M8或M12直徑。為保證接近開關信號在開始觸發(fā)范圍內(nèi)，肯定能同時檢測到一個磁柵尺的“Z”相脈沖，要求磁柵尺的磁間距和接近開關水平檢測范圍的匹配原則為：接近開關的水平檢測范圍≥2倍*磁間距。接近開關的螺紋固定孔有一定的間隙，初裝時，操作人員可通過程序輔助判斷，微調(diào)該間隙，從而保證歸零時上位機檢測到的都是同一個磁間距內(nèi)的“Z”相脈沖。

工作時，在壓射油缸在移動過程中，磁柵尺讀數(shù)頭采集位置信號并不斷地發(fā)脈沖，控制器或PLC接收并記錄脈沖數(shù)，根據(jù)脈沖當量乘以脈沖數(shù)得到計算實際的位移量。接近開關用于原點位置歸零，每當壓射油缸后退到底，接近開關檢測到導向桿上的被感應零件，并觸發(fā)信號的跳變，程序寄存器清空當前脈沖計數(shù)，以觸發(fā)時的位置作為壓射位置的絕對零位。

具體地，參見圖5，歸零定位系統(tǒng)的一般工作過程可包括如下步驟：

啟動所述壓射油缸的運動，其中所述壓射油缸的運動帶動所述壓射導向桿同步運動；

在所述壓射導向桿運動到所述接近開關的觸發(fā)范圍內(nèi)時，所述接近開關觸發(fā)；

使得所述壓射油缸繼續(xù)運動，同時檢測所述三相脈沖式增量式磁柵尺的Z相脈沖信號；以及

當檢測到所述Z相脈沖信號時，使得所述壓射油缸停止運動，并將所述壓射油缸停止的位置設置為所述壓射油缸的原點；或者，在接近開關觸發(fā)的同時，檢測壓射導向桿在從接近開關開始觸發(fā)到檢測到所述Z相脈沖信號期間所行進的距離L，如果△S<L<S-△S，則將所述運動部件停止的位置設置為所述運動部件的原點，如果L<△S或L>S-△S，則給出錯誤提醒，其中，S為所述三相脈沖式增量式磁柵尺的磁間距，△S為所述接近開關的檢測精度，即接近開關的重復誤差。

具體地，假設接近開關的重復誤差為△S，磁柵尺的磁間距為S，并都在人機界面中輸入，程序會計算觸發(fā)接近開關信號的位置和相鄰負方向的“Z”相脈的間距L，假如發(fā)現(xiàn)L<△S或L>S-△S，程序給出報警提示“歸零錯誤，請微調(diào)原點開關”。這時，所檢測到的磁柵尺Z相脈沖不是想要的Z相脈沖，而可能是相鄰的Z相脈沖，這會導致歸零定位錯誤。此時，一種解決方式是對接近開關進行微調(diào)，從而使得△S<L<S-△S。

示例

以下以SICK磁柵尺和OMRON接近開關組合在金屬成型設備中的應用為例說明本發(fā)明的技術效果。下表1為SICK磁柵尺選型表。

表1

假設壓射油缸的最大運動速度為8m/s，上位機的計數(shù)頻率≥250khz，對應磁柵尺的重復精度為一個分辨率增量0.01mm。而OMRON接近開關檢測精度為0.2mm。

比較傳統(tǒng)控制方式和本發(fā)明方案的歸零精度：

傳統(tǒng)方式的歸零精度取決接近開關的精度＝0.2mm。

本發(fā)明的的歸零精度取決磁柵尺的精度＝0.01mm。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，壓射位置的歸零精度有了明顯的提高，假如壓射油缸的運動速度較慢，上位機的采樣頻率更高，可以獲得更高的歸零精度。

本發(fā)明的歸零定位方法及系統(tǒng)在基本不增加成本的條件下，將壓鑄成型設備的壓射位置歸零定位精度從接近開關級別一下子提升到編碼器級別，消除了壓射位置每次歸零產(chǎn)生的重復定位誤差，大大提高了壓射位置控制精度，為精密壓鑄的實現(xiàn)提供了新的技術方案。增量式磁柵尺的應用效果達到了絕對式磁柵尺的程度，但是成本上可能只有其幾分之一，而且絕對式磁柵尺使用通訊傳輸信號，對上位機要求較高，普通PLC并不一定支持。此外，上位機和傳感器之間若選擇普通的通訊協(xié)議，還存在通訊延時的問題，同樣影響系統(tǒng)的重復精度，技術方案門檻較高。

應指出的是，上文的具體實施例以歸零定位系統(tǒng)在金屬壓鑄成型設備行業(yè)的應用為例，并以磁柵尺和接近開關作為典型分析。應理解的是，本發(fā)明所研究的技術方案適用于類似信號類型的脈沖增量式位移傳感器和開關量檢測傳感器組合，脈沖增量式位移傳感器可以是光柵尺、磁柵尺、磁致伸縮尺或拉線編碼器等。開關量檢測傳感器可以是接近開關、微動開關或光電開關等

以上已詳細描述了本發(fā)明的較佳實施例，但應理解到，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改。這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。