CN101745843B - 刀具参数测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种刀具参数测量系统，用于测量数控机床的取刀工具取得的刀具的加工参数，包括一控制器及一光学感测器，所述控制器包括一换刀控制模块，用于控制所述取刀工具将刀具移至光学感测器的上方；一刀具控制模块，用于控制所述取刀工具将刀具从光学感测器上方下降至使所述刀具头部与光学感测器的一感测基准线同高度，并控制所述刀具沿垂直于所述光学感测器的感测基准线的方向穿过感测基准线，使得光学感测器发出的电信号产生电平变化；及一参数计算模块，用于接收所述所述光学感测器发送的电信号并根据所述电信号计算出刀具的加工参数。本发明还提供了一种刀具参数测量方法。本发明刀具参数测量系统及方法可快速进行刀具参数测量，从而节省测量时间。

Description

刀具参数测量系统及方法
技术领域
本发明涉及一种测量系统及方法，特别涉及一种刀具参数测量系统及方法。
背景技术
在数控机床中，刀具是金属切削加工中必不可少的重要构件。目前金属加工过程中，当更换一种新的刀具进行加工零件时，则首先需对更换的新刀具的长度、直径、偏摆值等加工参数进行测量，再进行金属的切削加工，此时将所测量的新刀具的加工参数与所需要加工零件的尺寸等参数进行比较，进而可对新刀具的加工参数进行调整，以保证新刀具加工零件的加工精度。但是，为了提高生产效率，刀具参数的测量时间尽量越短越好，因此，如何快速而准确的测量刀具的参数成为工程技术人员急需解决的问题。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种刀具参数测量系统及方法，以节省测量的时间。
一种刀具参数测量系统，应用于数控机床，用于测量数控机床的取刀工具取得的刀具的加工参数，包括一控制器及一光学感测器，所述控制器包括：
一换刀控制模块，用于控制所述取刀工具将所述刀具移至所述光学感测器的上方；
一刀具控制模块，用于控制所述取刀工具将所述刀具从所述光学感测器上方下降至使所述刀具头部与所述光学感测器的一感测基准线同高度，并控制所述刀具沿垂直于所述光学感测器的感测基准线的方向穿过所述感测基准线，使得所述光学感测器发出的电信号产生电平变化，所述刀具沿垂直于所述感测基准线方向穿过所述感测基准线的过程中，当所述光学感测器的光源发出的光线被刀具完全遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为连续的高电平信号，当所述光学感测器的光源发出的光线被刀具部分遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为高低电平交替的信号，当所述光学感测器的光源发出的光线不被刀具遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为连续的低电平信号；及
一参数计算模块，用于接收所述所述光学感测器发送的电信号并根据所述电信号的电平变化计算出所述刀具的加工参数，所述刀具的加工参数包括刀具的长度、直径和偏摆值，所述刀具的长度为取刀工具取得刀具后下降前取刀工具的底部位置的高度与刀具头部初始位置的高度之差，刀具头部初始位置的高度为刀具下降的高度与所述光学感测器的感测基准线的高度之和，所述刀具的直径为所述电信号的连续的高电平或低电平信号持续的时间乘以所述刀具移动的速度，所述刀具的偏摆值为所述电信号的一段高低电平交替信号持续的时间乘以所述刀具移动的速度。
一种刀具参数测量方法，应用于数控机床，用于测量数控机床的取刀工具取得的刀具的参数，包括以下步骤：
所述取刀工具将所述刀具移至一光学感测器的上方，并调整所述取刀工具的主轴的转速为一量刀转速；
控制所述取刀工具将所述刀具从所述光学感测器上方下降至使所述刀具头部与所述光学感测器的一感测基准线同高度，并控制所述刀具沿垂直于所述感测基准线方向穿过所述感测基准线，使得所述光学感测器发出的电信号产生电平变化，所述刀具沿垂直于所述感测基准线方向穿过所述感测基准线的过程中，当所述光学感测器的光源发出的光线被刀具完全遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为连续的高电平信号，当所述光学感测器的光源发出的光线被刀具部分遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为高低电平交替的信号，当所述光学感测器的光源发出的光线不被刀具遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为连续的低电平信号；及
根据所述光学感测器发送的电信号的电平变化计算所述刀具的加工参数，所述刀具的加工参数包括刀具的长度、直径和偏摆值，所述刀具的长度为取刀工具取得刀具后下降前取刀工具的底部位置的高度与刀具头部初始位置的高度之差，刀具头部初始位置的高度为刀具下降的高度与所述光学感测器的感测基准线的高度之和，所述刀具的直径为所述电信号的连续的高电平或低电平信号持续的时间乘以所述刀具移动的速度，所述刀具的偏摆值为所述电信号的一段高低电平交替信号持续的时间乘以所述刀具移动的速度。
本发明刀具参数测量系统及方法通过所述换刀控制模块控制所述取刀工具将刀具移至所述光学感测器的上方，所述刀具控制模块控制所述取刀工具将刀具从光学感测器上方下降至使所述刀具头部与所述光学感测器的一感测基准线同高度，并控制所述刀具沿垂直于所述光学感测器的感测基准线的方向穿过所述感测基准线，使得所述光学感测器发出的电信号产生电平变化，最后通过所述参数计算模块接收到所述光学感测器发送的电信号，并计算出刀具的长度、直径和偏摆值，完成刀具加工参数的测量，从而实现了快速测量刀具的参数，节省了测量的时间。
附图说明
图1是本发明刀具参数测量系统的较佳实施方式的架构图。
图2是图1中的取刀工具从光学感测器的上方的一初始位置下降至与光学感测器的一感测基准线同高度且接触到感测基准线时的移动状态图。
图3是图1中的取刀工具保持高度不变，从沿垂直于感测基准线方向穿过感测基准线的过程的移动状态图。
图4是图3中的取刀工具移动过程中光学感测器产生的部分电信号的示意图。
图5是本发明刀具参数测量方法的较佳实施方式的流程图。
具体实施方式
请同时参考图1至图4，本发明刀具参数测量系统5的较佳实施方式应用于一数控机床，以测量数控机床的一取刀工具20从一刀库30中取得的刀具的参数，其包括一控制器10及一光学感测器40。所述控制器10包括一换刀控制模块102、一刀具控制模块104、一参数计算模块106及一参数存储模块108。
所述取刀工具20用于在所述控制器10的控制下完成选取刀具、更换刀具或夹持刀具等操作。
所述刀库30用于存储各种刀具，每种刀具均有各自的刀具编号、加工参数及在刀库30中存放的位置坐标等。
所述光学感测器40为一非接触式光学感测器，所述光学感测器40的光源发出的光线由光学感测器40转化为电信号发送给所述控制器10，所述光学感测器40具有一凹槽304，凹槽304内有所述光学感测器40的光源发出的光线而形成的一感测基准线Hj。在本实施方式中，当需测量参数的刀具未接触到此感测基准线Hj时，所述光学感测器40发送给所述控制器10的信号总为低电平，当需测量参数的刀具瞬间接触到此感测基准线Hj时，所述光学感测器40发送给所述控制器10的信号中出现高电平信号，当需测量参数的刀具沿垂直于感测基准线Hj的方向穿过感测基准线Hj的过程中，所述光学感测器40发送给所述控制器10的信号起初为连续的高低电平交替信号然后紧接一段连续的高电平信号再紧接一段连续的高低电平交替的信号。在其它实施方式中，所述光学感测器40发送给所述控制器10的信号不限于上述电平信号，例如当需测量参数的刀具未接触到此感测基准线Hj时，所述光学感测器40发送给所述控制器10的信号可以总为高电平，当需测量参数的刀具瞬间接触到此感测基准线Hj时，所述光学感测器40发送给所述控制器10的信号中出现低电平信号，当需测量参数的刀具沿垂直于感测基准线Hj的方向穿过感测基准线Hj的过程中，所述光学感测器40发送给所述控制器10的信号起初为连续的高低电平交替的信号然后紧接一段连续的低电平信号再紧接一段连续的高低电平交替的信号。所述控制器10用于根据所接收的电信号完成刀具加工参数的测量，例如刀具的长度、直径及偏摆值等参数。所述刀具的偏摆值为当刀具旋转时由于抖动现象，而偏离于刀具底面区域的范围大小。
所述换刀控制模块102用于控制所述取刀工具20根据一预设的刀具编号、加工参数或在刀库30中存放的位置坐标从所述刀库30中取一刀具（如刀具302），将刀具302移至所述光学感测器40的上方，并调整取刀工具20的主轴的转速为一量刀转速，所述刀具302随即在所述取刀工具20的主轴带动下以所述量刀转速进行旋转。
所述刀具控制模块104用于控制所述取刀工具20将刀具302从光学感测器40上方的刀具302头部的初始位置H2下降至与所述光学感测器40的感测基准线Hj同高度，且接触到感测基准线Hj，并控制所述取刀工具20将刀具302保持高度不变从沿垂直于光学感测器40的感测基准线Hj的方向穿过感测基准线Hj（即如图3所示向ox方向移出感测基准线Hj）。
所述参数计算模块106用于接收所述光学感测器40发送的电信号，还用于根据接收到所述光学感测器40发送的电信号的电平变化计算出刀具302的长度、直径和偏摆值，并将刀具302的长度、直径和偏摆值传送给所述参数存储模块108。其中，刀具302的长度等于取刀工具20取得刀具302下降前底部位置H3与刀具302头部初始位置H2之差H3-H2，而刀具302头部的初始位置H2等于刀具302下降的高度Hx与所述光学感测器40的感测基准线Hj的高度H1之和。例如，假设所述光学感测器40的感测基准线Hj的高度H1为1.9m，所述取刀工具20取得刀具302后下降前底部位置H3为2.5m，刀具302下降的速度为5m/s，其中，H1、H3、刀具302下降的速度及刀具302移动的速度均预先储存在所述参数计算模块106中，刀具302下降至与所述光学感测器40的感测基准线Hj同高度且接触到感测基准线时所用的时间为0.02s（即接收到电信号的电平转换时所花费的时间），则刀具302下降的高度Hx为0.02*5=0.1m，刀具302头部的初始位置H2=1.9+0.1=2m，刀具302的长度为H3-H2=0.5m。由于本实施方式中所述光学感测器40的信号转化原理为：所述光学感测器40的光源发出的光线被刀具完全遮断的区域被转化为连续的高电平信号（如5伏特），而所述光学感测器40的光源发出的光线被刀具部分遮断的区域被转化为高低电平交替的信号，所述光学感测器40的光源发出的光线不被刀具遮断的区域被转化为连续的低电平信号（如0伏特），而当刀具从沿垂直于感测基准线Hj方向穿过感测基准线Hj的过程中，所述光源发出的光线会从完全被遮断，过渡到断断续续被遮断，最后到完全不被遮断。以所述光学感测器40的光源发出的光线不被刀具遮断的区域被转化为连续的低电平信号为例说明(如图4所示)，所述刀具302的直径为所述光学感测器40的光源发出的光线被刀具302完全遮断的区域的长度，即连续的高电平信号持续的时间OA*刀具302移动的速度，刀具302的偏摆值为所述光学感测器40的光源发出的光线被刀具302部分遮断的区域的长度，即高低电平交替的信号持续的时间AB*刀具302移动的速度。
所述参数存储模块108用于接收并存储所述刀具302的加工参数，例如刀具302的刀长、刀径（即刀的直径）及偏摆值等参数。
在其它实施方式中，当不需要对刀具302的加工参数进行储存时，也可以省略所述参数存储模块108。
请再参考图5，本发明刀具参数测量方法的较佳实施方式包括以下步骤：
步骤S100，所述换刀控制模块102控制所述取刀工具20根据一预设刀具的编号、加工参数或在刀库30中存放的位置坐标从所述刀库30中取一刀具302；
步骤S102，所述换刀控制模块102控制所述取刀工具20将刀具302移至所述光学感测器40的上方，并调整取刀工具20的主轴的转速为量刀转速，所述刀具302随即在所述取刀工具20的主轴带动下以所述量刀转速进行旋转；
步骤S104，所述刀具控制模块104控制所述取刀工具20将刀具302从光学感测器40上方的刀具302头部的初始位置H2下降至与所述光学感测器40的感测基准线Hj同高度且接触到感测基准线Hj；
步骤S106，所述刀具控制模块104控制所述取刀工具20将刀具302保持高度不变然后沿垂直于感测基准线Hj方向移入感测基准线Hj，再移出感测基准线Hj；
步骤S108，在步骤S106过程中，所述参数计算模块106接收到所述光学感测器40发送的高低电平交替的电信号及紧接的一段连续的高电平信号及一段连续的高低电平交替的电信号，并计算出刀具302的长度、直径和偏摆值，并将所述长度、直径和偏摆值传送给所述参数存储模块108。刀具302的长度等于取刀工具取得刀具302下降前底部位置H3与刀具302头部初始位置H2之差H3-H2，而刀具302头部的初始位置H2等于刀具302下降的高度Hx与所述光学感测器40的感测基准线Hj的高度H1之和，如图4所示所述刀具302的直径为所述光学感测器40的光源发出的光线被刀具302完全遮断的区域的长度，即连续的高电平信号持续的时间OA*刀具302移动的速度，刀具302的偏摆值为所述光学感测器40的光源发出的光线被刀具302部分遮断的区域的长度，即起初高低电平交替的信号持续的时间AB*刀具302移动的速度；
步骤S110，所述参数存储模块108接收并存储所述刀具302的加工参数，例如刀具302的刀长、刀径及偏摆值等参数。
在其它实施方式中，当不需要对刀具302的加工参数进行储存时，也可以省略步骤S110。
本发明刀具参数测量系统及方法通过所述换刀控制模块102控制所述取刀工具20将刀具302移至所述光学感测器40的上方，所述刀具控制模块104控制所述取刀工具20将刀具302从光学感测器40上方下降至使刀具302头部与所述光学感测器40的感测基准线Hj同高度，并控制所述刀具302沿垂直于感测基准线Hj的方向穿过感测基准线Hj，最后通过所述参数计算模块106接收到所述光学感测器40发送的电信号，并计算出刀具302的长度、直径和偏摆值，完成刀具302加工参数的测量，从而实现了快速测量刀具302的参数，节省了测量的时间。

Claims (7)

1.一种刀具参数测量系统，应用于数控机床，用于测量数控机床的取刀工具取得的刀具的加工参数，包括一控制器及一光学感测器，所述控制器包括：
一换刀控制模块，用于控制所述取刀工具将所述刀具移至所述光学感测器的上方；
一刀具控制模块，用于控制所述取刀工具将所述刀具从所述光学感测器上方下降至使所述刀具头部与所述光学感测器的一感测基准线同高度，并控制所述刀具沿垂直于所述光学感测器的感测基准线的方向穿过所述感测基准线，使得所述光学感测器发出的电信号产生电平变化，所述刀具沿垂直于所述感测基准线方向穿过所述感测基准线的过程中，当所述光学感测器的光源发出的光线被刀具完全遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为连续的高电平信号，当所述光学感测器的光源发出的光线被刀具部分遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为高低电平交替的信号，当所述光学感测器的光源发出的光线不被刀具遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为连续的低电平信号；及
一参数计算模块，用于接收所述所述光学感测器发送的电信号并根据所述电信号的电平变化计算出所述刀具的加工参数，所述刀具的加工参数包括刀具的长度、直径和偏摆值，所述刀具的长度为取刀工具取得刀具后下降前取刀工具的底部位置的高度与刀具头部初始位置的高度之差，刀具头部初始位置的高度为刀具下降的高度与所述光学感测器的感测基准线的高度之和，所述刀具的直径为所述电信号的连续的高电平或低电平信号持续的时间乘以所述刀具移动的速度，所述刀具的偏摆值为所述电信号的一段高低电平交替信号持续的时间乘以所述刀具移动的速度。
2.如权利要求1所述的刀具参数测量系统，其特征在于：所述刀具参数测量系统还包括一参数存储模块，用于接收并存储所述刀具的刀长、刀的直径及偏摆值参数。
3.如权利要求1所述的刀具参数测量系统，其特征在于：所述取刀工具是根据一预设的刀具编号、加工参数或在刀库中存放的位置坐标从所述刀库中取得刀具。
4.如权利要求1所述的刀具参数测量系统，其特征在于：所述光学感测器为一非接触式光学感测器，所述感测基准线位于所述光学感测器的一凹槽内。
5.一种刀具参数测量方法，应用于数控机床，用于测量数控机床的取刀工具取得的刀具的参数，包括以下步骤：
所述取刀工具将所述刀具移至一光学感测器的上方，并调整所述取刀工具的主轴的转速为一量刀转速；
控制所述取刀工具将所述刀具从所述光学感测器上方下降至使所述刀具头部与所述光学感测器的一感测基准线同高度，并控制所述刀具沿垂直于所述感测基准线方向穿过所述感测基准线，使得所述光学感测器发出的电信号产生电平变化，所述刀具沿垂直于所述感测基准线方向穿过所述感测基准线的过程中，当所述光学感测器的光源发出的光线被刀具完全遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为连续的高电平信号，当所述光学感测器的光源发出的光线被刀具部分遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为高低电平交替的信号，当所述光学感测器的光源发出的光线不被刀具遮断时，所述光学感测器发送的电信号被转化为连续的低电平信号；及
根据所述光学感测器发送的电信号的电平变化计算所述刀具的加工参数，所述刀具的加工参数包括刀具的长度、直径和偏摆值，所述刀具的长度为取刀工具取得刀具后下降前取刀工具的底部位置的高度与刀具头部初始位置的高度之差，刀具头部初始位置的高度为刀具下降的高度与所述光学感测器的感测基准线的高度之和，所述刀具的直径为所述电信号的连续的高电平或低电平信号持续的时间乘以所述刀具移动的速度，所述刀具的偏摆值为所述电信号的一段高低电平交替信号持续的时间乘以所述刀具移动的速度。
6.如权利要求5所述的刀具参数测量方法，其特征在于：在计算所述刀具的加工参数的步骤后还包括步骤：接收并存储所述刀具的加工参数。
7.如权利要求5所述的刀具参数测量方法，其特征在于：所述取刀工具是根据一预设的刀具编号、加工参数或在刀库中存放的位置坐标从所述刀库中取得刀具。
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