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1、(10)申请公布号 CN 103100936 A (43)申请公布日 2013.05.15 CN 103100936 A *CN103100936A* (21)申请号 201310057283.9 (22)申请日 2013.02.23 B23Q 17/24(2006.01) B23Q 17/22(2006.01) B23Q 3/155(2006.01) (71)申请人 北京工业大学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园 100 号 (72)发明人 纪姝婷 张跃明 刘晓娜 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 11203 代理人 刘萍 (54) 发明名称 一种测试刀库中刀具。
2、翻转定位精度的装置及 方法 (57) 摘要 一种测试刀库中刀具翻转定位精度的装置及 方法属于数控机床领域。本装置包括链式刀库自 动换刀装置、 激光位移传感器 A、 激光位移传感器 B、 刀具、 安装平台、 控制柜、 虚拟主轴、 数据采集卡 和 PC 机。链式刀库及自动换刀装置安装在安装 平台上， 激光位移传感器 A、 激光位移传感器 B 固 定在链式刀库的本体上， 利用控制柜将刀具通过 链式传动方式传送到换刀位置， 气缸作用使刀具 完成从水平到垂直的翻转 ； 在刀具完成翻转的瞬 间， 激光位移传感器检测出出刀具刀柄位置与固 定在本体上的激光位移传感器的偏移距离值。该 位移参数通过数据采集卡输入。
3、到 PC 机中得到刀 具翻转定位精度。本发明解决了刀库在运行状态 下刀具翻转定位精度难以测试的问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103100936 A CN 103100936 A *CN103100936A* 1/1 页 2 1. 一种测试刀库中刀具翻转定位精度的装置， 其特征在于 ： 包括链式刀库 （1） 及自动 换刀装置 （6） 、 激光位移传感器 A（2） 、 激光位移传感器 B（4） 、 刀具 （3） 、 安装平台。
4、 （7） 、 控制 柜 （8） 、 虚拟主轴 （5） 、 气缸 （9） 、 数据采集卡和 PC 机 ； 激光位移传感器 A（2） 、 激光位移传感 器 B（4） 通过传感器支架固定在链式刀库 （1） 的本体上， 且激光位移传感器 A（2） 、 激光位 移传感器 B（4） 在同一水平面上 ； 激光位移传感器 B（4） 安装时， 其射出的光线应经过刀具 （3） 翻转 90后的刀柄位置的圆心且与链式刀库本体平行 ； 激光位移传感器 A（2） 安装时， 其射出的光线应经过刀具 （3） 刀柄位置的的圆心且与激光位移传感器 B（4） 射出的光线成 150角， 在气缸 （9） 上装有两个磁性开关用于检测刀具。
5、是否完成翻转。 2. 根据权利要求 1 所述的一种测试刀库中刀具翻转定位精度的装置， 其中特征在于 ： 激光位移传感器 A（2） 安装在传感器支架上， 应与刀库本体成 30角 , 保证激光位移传感 器 A（2） 及传感器支架有效的避开自动换刀装置 （6） 的机械手工作范围。 3. 根据权利要求 1 所述的一种测试刀库中刀具翻转定位精度的装置， 其中特征在于 ： 所述传感器安装支架与激光位移传感器 A（2） 、 激光位移传感器 B（4） 的安装面及刀库本体 连接面的表面粗糙度为精铣 - 精铣或磨 - 磨。 4. 应用权利要求 1 所述的一种测试刀库中刀具翻转定位精度的装置的方法， 其特征在 于 。
6、： 通过控制柜 （8） 将需要选取的目标刀号， 送到换刀位置 ； 并在气缸 （9） 的作用下使刀具 （3） 完成翻转， 翻转后瞬间激光位移传感器 A（2） 、 激光位移传感器 B（4） 检测出刀具 （3） 刀 柄位置与固定在本体上的激光位移传感器 A（2） 、 激光位移传感器 B（4） 的偏移距离值 ； 激 光位移传感器 A（2） 、 激光位移传感器 B（4） 的输出信号通过数据采集卡采集到电脑上进行 数据处理分析。 权 利 要 求 书 CN 103100936 A 2 1/3 页 3 一种测试刀库中刀具翻转定位精度的装置及方法 技术领域 0001 本发明是一种测试刀库中刀具翻转定位精度的装置。
7、及方法， 属于数控机床领域。 背景技术 0002 刀库及自动换刀装置在使用过程中， 由于碰撞、 定位紧固件松动等意外原因 , 使 得刀具翻转后的位置精度发生变化 ； 而刀具、 机械手、 主轴三者之间的相互位置精度， 直接 影响机床自动换刀的准确性和可靠性 ； 因此， 对刀具翻转的定位精度的检测是十分必要的。 0003 由于影响因素众多， 且每个因素的影响程度又无法直接确定， 因此只能以实验为 基础来测试出刀具翻转的定位精度。 0004 为了系统地研究刀库及自动换刀装置在运行过程中， 刀具翻转的定位精度的变 化， 并掌握其精度变化的规律， 需要一套完整的测试刀具翻转定位精度的装置与方法， 而目 。
8、前还没有有关刀具翻转定位精度的装置。 发明内容 0005 本发明的目的是设计一套通过激光位移传感器A2、 激光位移传感器B4检测刀具3 翻转后刀柄位置与激光位移传感器 A2、 激光位移传感器 B4 的偏移距离， 并利用数据采集卡 将传感器的位移信号输送到PC机中， 然后对激光位移传感器A2、 激光位移传感器B4的位移 信号进行处理并分析， 得到刀具3的翻转定位精度， 用以评价链式刀库1刀具翻转装置的运 行精度与性能。 激光位移传感器A2、 激光位移传感器B4是通过自身发射激光遇到被测物体 后激光被反射到自身的激光接收器， 从而得到激光位移传感器与被测物体之间的距离。 0006 为了实现上述目的。
9、， 本发明采取了如下技术方案。一种测试刀库中刀具翻转定位 精度的装置， 其特征在于 ： 包括链式刀库1及自动换刀装置6、 激光位移传感器A2、 激光位移 传感器 B4、 刀具 3、 安装平台 7、 控制柜 8、 虚拟主轴 5、 气缸 9、 数据采集卡和 PC 机 ； 激光位移 传感器 A2、 激光位移传感器 B4 通过传感器支架固定在链式刀库 1 的本体上， 且激光位移传 感器 A2、 激光位移传感器 B4 在同一水平面上 ； 激光位移传感器 B4 安装时， 其射出的光线应 经过刀具 3 翻转 90后的刀柄位置的圆心且与链式刀库本体平行 ； 激光位移传感器 A2 安 装时， 其射出的光线应经过。
10、刀具3刀柄位置的的圆心且与激光位移传感器B4射出的光线成 150角， 在气缸 9 上装有两个磁性开关用于检测刀具是否完成翻转。 0007 应用所述装置的方法， 其特征在于 ： 通过控制柜 8 将需要选取的目标刀号， 送到换 刀位置 ； 并在气缸 9 的作用下使刀具 3 完成翻转， 翻转后瞬间激光位移传感器 A2、 激光位移 传感器 B4 检测出刀具 3 刀柄位置与固定在本体上的激光位移传感器 A2、 激光位移传感器 B4的偏移距离值 ； 激光位移传感器A2、 激光位移传感器B4的输出信号通过数据采集卡采集 到电脑上进行数据处理分析。 0008 所述激光位移传感器 A2、 激光位移传感器 B4 。
11、安装在传感器支架上， 并通过螺钉将 传感器支架固定在链式刀库的本体上， 以保证翻刀测试时实测的刀具 3 刀柄位置与激光位 移传感器 A2、 激光位移传感器 B4 的偏移距离的准确性 ； 传感器支架在垂直于水平面的方向 说 明 书 CN 103100936 A 3 2/3 页 4 上能够上下微调， 使得两个激光位移传感器在同一水平面上。激光位移传感器与支架装配 时具有一定的可调性， 可以使传感器射出的光线相交于虚拟刀柄圆心如图3。 传感器支架的 设计保证， 激光位移传感器 A2、 激光位移传感器 B4 在同一水平面上， 且使激光位移传感器 A2、 激光位移传感器 B4 射出的光线经过虚拟刀柄位置。
12、的圆心。 0009 进一步， 激光位移传感器 A2 安装在传感器支架上， 应与刀库本体成 30角 , 保证 激光位移传感器 A2 及传感器支架有效的避开自动换刀装置 6 的机械手工作范围。 0010 进一步， 所述传感器安装支架与激光位移传感器 A、 激光位移传感器 B 的安装面及 刀库本体连接面的表面粗糙度为精铣 - 精铣或磨 - 磨。 0011 本发明的优点在于 ： 0012 (1) 本发明提供了一种刀库刀具翻转定位的装置与检测方法， 可以动态的检测刀 库运行时刀具翻转定位精度， 比以往静态的检测方式更为准确地反映了在刀具翻转过程中 的重复定位误差， 为厂家制造厂商提供了刀具翻转重复定位的。
13、误差参数。 0013 (2) 本发明提供的测试装置可以适用于不同规格不同类型刀库刀具翻转定位精度 的检测， 且不受厂家刀库结构的限制。 0014 (3)本发明采用的是高性能高精度激光位移传感器， 安装方便。 与电涡流及电容位 移传感器相比， 该激光位移传感器量程较大， 最大可达 60mm， 能够有效地避开机械手的工作 范围 ； 且分辨率较高， 测试精度可达 1.5um。 0015 (4)本发明提供的测试方法比较新颖。 由于刀具3是标准件， 对于不同规格的刀具 3刀柄位置的尺寸是固定的， 且加工精度在1m， 所以在同一刀库中各刀具3的刀柄尺寸 是一致的。因此我们可以通过每次测试得到刀具 3 刀柄。
14、圆形上的两个点与激光位移传感器 的距离， 通过换算可以计算出实际翻刀位置的圆心。通过利用检测刀具 3 刀柄位置的翻转 定位精度， 间接检测出刀具 3 翻转定位精度的方法是可行的。 附图说明 0016 图 1 是本发明测试平台的示意图。 0017 图 2 是本发明测试刀具翻转 90后检测位置示意图主视图。 0018 图 3 是本发明测试刀具翻转 90后检测方法及位置示意图俯视图， 。 0019 图 4 是图 1 所示激光位移传感器 A2 支架的主视图和俯视图。 0020 图 5 是图 1 所示激光位移传感器 B4 支架的主视图和俯视图。 具体实施方式 0021 以下结合工作原理和结构附图对测试法。
15、向合面动态特性装置作进一步的详细说 明。 0022 本发明装置包括链式刀库 1 及自动换刀装置 6、 激光位移传感器 A2、 激光位移传 感器 B4、 刀具 3、 气缸 9、 安装平台 7、 控制柜 8、 虚拟主轴 5、 数据采集卡和 PC 机。本发明的 基本思想是利用两个激光位移传感器 A2、 激光位移传感器 B4， 分别检测刀具 3 翻转后瞬间 斜线方向与水平方向成 150度角位置如图 3 和水平方向的位移， 并记录该次翻转斜线方 向和水平方向的刀具 3 刀柄位置与激光位移传感器 A2， 激光位移传感器 B4 的距离偏移量， 如图 3 通过计算得到在刀具 3 刀柄圆周上的两点以虚拟圆心 O。
16、(x,y) 为坐标原点的坐标点 说 明 书 CN 103100936 A 4 3/3 页 5 O (x ,y )， 得到实际翻刀位置的刀具 3 刀柄位置圆心。多次翻刀后， 得到多个翻刀位置刀 具 3 刀柄位置圆心的值， 并在以设计圆心为坐标原点的坐标系中显示他们的实际位置， 从 而可以计算出刀柄的重复定位精度。 0023 激光位移传感器 A、 激光位移传感器 B 中的半导体激光的寿命依赖于周围温度， 检 测头自身会发热， 所述传感器支架的材料采用 Q235。所述激光位移传感器 A、 激光位移传感 器B采用松下型号为HL-G105-A-C5的标准型激光位移传感器， 所述采集卡采用凌华科技型 号为。
17、 PCI-9222 的多功能数据采集卡。 0024 所述测试方法为， 在气缸上装有两个磁性开关用于检测刀具是否完成翻转， 将磁 性开关的信号接入数据采集卡中。当接收到磁性开关的信号后， 开始采集激光位移传感器 的数据， 100ms之后采集数据过程结束， 将数据保存并在PC机上进行处理。 该测试过程完全 脱离于控制系统。 0025 利用本装置可以做以下几类实验 ： 0026 (1)当链式刀库1处于静止状态且气缸9内气压充足情况下， 利用控制柜8控制气 缸 9， 使刀具 3 不停的完成翻转和回转运动， 进而测试同一刀具在链式刀库 1 静止状态且气 缸 9 内气压充足时的重复定位精度。 0027 (。
18、2)当链式刀库1处于静止状态且气缸9内气压不足情况下， 利用控制柜8控制气 缸 9， 使刀具 3 不停的完成翻转和回转运动， 进而测试同一刀柄在在链式刀库 1 静止状态且 气缸 9 内气压不足时的重复定位精度。 0028 (3)当链式刀库1运动状态且气缸9内气压充足情况下， 利用控制柜8控制链式刀 库1的运动， 使被测刀具3经过一个循环后回到换刀位置， 并在气缸的作用下完成翻转和回 转， 进而测试同一刀具 3 在刀库处于运动状态且气缸 9 内气压充足时的重复定位精度。 0029 (4)当链式刀库1运动状态且气缸9内气压不足情况下， 利用控制柜8控制链式刀 库 1 的运动， 使被测刀具 3 经过。
19、一个循环后回到换刀位置， 并在气缸 9 的作用下完成翻转和 回转， 进而测试同一刀具在链式刀库 1 处于运动状态且气缸 9 内气压不足时的重复定位精 度。 0030 (5)当链式刀库1处于运动状态且气缸9内气压充足情况下， 利用控制柜8将随机 的刀具 3 送到换刀位置， 测试出前后不同刀具 3 在链式刀库 1 处于运动状态且气缸 9 内气 压充足时的位置误差。 0031 (6)当链式刀库1处于运动状态且气缸9内气压不足情况下， 利用控制柜8将随机 的刀具 3 送到换刀位置， 测试出前后不同刀具 3 在链式刀库 1 运动状态且气缸 9 内气压不 足时的位置误差。 说 明 书 CN 103100936 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103100936 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103100936 A 7 。