CN102909884B - 冲床下死点位置误差补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲床下死点位置误差补偿装置，包括调模装置、下死点检测模块、轴温检测补偿模块和报警模块，本发明还公开了一种冲床下死点位置误差补偿方法，其通过下死点检测模块实时检测并记录下死点位置并计算下死点位置的误差，轴温检测补偿模块实时检测并记录轴承的温度，并通过单片机计算下死点位置的误差补偿量，并控制调模装置对滑块的高度进行相应的调整，对下死点误差进行补偿，误差补偿量，其中，为下死点位置的误差；为轴承温度相对于环境温度的变化量。本发明能对下死点进行精确检测并能将检测数据实时记录保存、并能对由于曲轴发热引起的下死点位置偏移进行补偿。

Description

冲床下死点位置误差补偿装置及方法

技术领域

本发明涉及冲床技术领域，具体讲是一种冲床下死点位置误差补偿装置及方法。

背景技术

随着对冲压产品质量要求的不断提高，用户对高精密冲床的需求也日益增长，不但对冲床的运转速度要求加强，而且对冲床下死点的重复定位精度也更加看重，下死点也就是冲床滑块运行至最低点时的位置，冲床滑块运行过程中下死点位置偏移量越小，下死点重复定位精度越高，对于高精密冲床而言，下死点重复定位精度是体现高精密冲床的制造水平、制约高精密冲床的使用领域以及影响其模具使用寿命的重要指标，在高精密冲床上，影响其下死点重复定位精度的因素主要是冲床运行过程中曲轴上的轴承发热，致使曲轴温度上升，引起曲轴热变形，下死点位置随之发生偏移，从而导致冲压工件的质量下降。

目前，冲床下死点位置大多依靠操作人员点动控制滑块运行来检测，冲床自带有角度传感器，通过角度传感器可实时显示滑块的运行位置，当角度传感器显示滑块运行至下死点时，通过位移传感器检测下死点位置是否偏移，再手动控制冲床自带的调模装置来对下死点位置进行调整，这种方法精确度差，操作比较麻烦，并且在冲床工作过程中没有一种高效、准确的误差补偿措施对下死点位置由于曲轴发热引起偏移后产生的误差进行补偿，很难满足高精密冲床高效率、高精度的要求，如何在高精密冲床工作过程中对滑块下死点位置检测并对曲轴发热变形后下死点位置偏移产生的误差进行补偿，已成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种能对下死点进行精确检测并能将检测数据实时记录保存、并能对由于曲轴发热引起的下死点位置偏移进行补偿的冲床下死点位置误差补偿装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的冲床下死点位置误差补偿装置，它包括冲床自带的用于对滑块的高度进行调节的调模装置，冲床的滑块是模具在开模动作中能够按垂直于开合模方向或与开合模方向成一定角度滑动的模具组件，还包括用于检测下死点位置并对检测结果实时记录保存的下死点检测模块、用于检测曲轴上的轴承的温度并计算相应的补偿量的轴温检测补偿模块，下死点检测模块与轴温检测补偿模块电连接，下死点检测模块把检测到的下死点误差量信息发送到轴温检测补偿模块，轴温检测补偿模块与调模装置电连接，轴温检测补偿模块可控制调模装置动作；所述的轴温检测补偿模块连接有报警模块；上述冲床下死点位置误差补偿装置所采用的冲床下死点位置误差补偿方法包括以下步骤：

(1)、设置下死点和轴温监测参数，即通过控制器设置下死点的标准位置及允许的最大误差，通过单片机设置轴承温度允许的最大值；

(2)、开启冲床，启动下死点检测模块和轴温检测补偿模块，下死点检测与误差补偿过程开始；

(3)、下死点检测模块实时检测并记录下死点位置并计算下死点位置的误差，轴温检测补偿模块实时检测并记录轴承的温度；

(4)、单片机判断热电偶传感器检测的轴承的温度是否超出轴承温度允许的最大值，如是，则单片机分别输出信号给报警模块和冲床本体的运行控制器，报警模块报警并且冲床停止运行；如不是，则执行步骤(5)；

(5)、控制器根据位移传感器检测的下死点位置及计算的下死点位置的误差判断下死点位置的误差是否超出允许的最大误差，如是，则执行步骤(6)，如不是，则执行步骤(8)；

(6)、操作者选择是否对下死点位置的误差进行补偿，如是，在执行步骤(7)，如不是，则执行步骤(8)，操作者选择是否对下死点位置的误差进行补偿是根据操作者的需求和意愿由操作者人为控制；

(7)、单片机根据热电偶传感器检测到的温度、控制器发送的下死点误差量信息、预设的轴温参数库和误差模型，来计算下死点位置的误差补偿量，并控制调模装置对滑块的高度进行相应的调整，对下死点误差进行补偿，使下死点位置准确，误差模型为不同的冲床经过大量实验数据测得的不同的误差补偿公式，针对不同的冲床选用相应的误差补偿表输入单片机内，单片机根据位移传感器检测的下死点偏移量和热电偶传感器发送的温度信号计算相应的误差补偿量；

(8)、操作者选择是否退出下死点位置检测与误差补偿，如是，则使下死点检测模块和轴温检测补偿模块停止运行，下死点检测与误差补偿过程结束，如不是，则返回步骤(3)，操作者选择是否退出下死点位置检测与误差补偿是操作者根据下死点检测与误差补偿过程持续的时间和冲床滑块冲压的次数来进行选择；

所述的步骤(7)中单片机计算下死点位置的误差补偿量是通过以下公式：

误差补偿量 $y=1.3039+{0.1196\mathrm{\δ}}_y-{0.007\mathrm{\δ}}_y^2+0.0416\mathrm{\ΔTs};$

其中，δ_y为步骤(3)中计算的下死点位置的误差；△Ts为步骤(3)中热电偶传感器检测到的轴承温度相对于环境温度的变化量。

采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：

下死点检测模块可检测下死点位置并对检测结果记录和保存，并且下死点检测模块把检测到的下死点误差量信息发送到轴温检测补偿模块，轴温检测补偿模块可检测曲轴上的轴承的温度，并根据检测到的轴承的温度和下死点检测模块发送的下死点位置误差量信息，计算相应的误差补偿量，轴温检测补偿模块可根据计算的误差补偿量控制调模装置执行相应的动作，以相应的调节滑块的高度，从而对下死点位置进行调整，从而对下死点位置偏移而产生的误差进行补偿，并且对由于曲轴发热引起的下死点偏移进行了热补偿，使下死点位置准确，下死点重复定位精度高。

通过上述方法，通过下死点检测模块能对下死点进行精确检测并能将检测数据实时记录保存，并通过控制器以曲线的形式显示，便于操作者直观的监测下死点的位置，并可对下死点位置由于曲轴发热引起偏移后产生的误差进行补偿，提高冲床下死点的精度，并且通过单片机控制调模装置进行误差补偿，误差补偿过程高效、准确，可以满足高精密冲床高效率、高精度的要求。

根据检测到的轴承温度相对于环境温度的变化量、冲床滑块下死点位置与下死点标准位置之间的误差量，来计算误差补偿量，以控制调模装置对下死点位置进行调整，减少曲轴温度变化对冲床工作的影响，误差补偿效率高，精确度高。

作为改进，所述的下死点检测模块包括位移传感器、固定位移传感器的支架、控制器，位移传感器固定于滑块的正下方，位移传感器的输出端与控制器的输入端电连接，支架固定于冲床工作台面，位移传感器安装固定于支架的顶端，调整支架的位置，使位移传感器的感应端正对滑块的下死点，并与滑块的下死点保持一定的距离，位移传感器把检测到的下死点位置信息传输到控制器，控制器预设下死点的标准位置，控制器可以为一台计算机，可以对检测结果实时记录保存，并通过显示器以曲线的形式显示，便于操作者直观的监测下死点的位置。

作为改进，所述的轴温检测补偿模块包括单片机和热电偶传感器，热电偶传感器设于曲轴的轴承上，热电偶传感器的输出端与单片机的第一输入端电连接，控制器的输出端与单片机的第二输入端电连接，使控制器把下死点误差量信息发送到单片机，单片机内预设轴温参数库和误差模型，轴温度参数库用于针对检测到的轴承的温度给出对应的参数，误差模型用于计算根据下死点偏移量和轴承的不同温度所要做出的补偿量，单片机可以针对不同的冲床设置相应的误差模型，误差模型为不同的冲床经过大量实验数据测得的不同的误差补偿公式，使该轴温检测补偿模块可适用于不同的冲床。

作为改进，当轴温检测补偿模块检测到温度过高，可控制报警模块报警，提醒操作者应该关闭冲床。

附图说明

图1是本发明冲床下死点位置误差补偿装置的结构框图；

图2是本发明冲床下死点位置误差补偿方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

由图1可知，本发明冲床下死点位置误差补偿装置包括冲床自带的用于对滑块的高度进行调节的调模装置，调模装置包括有电机，电机驱动滑块上下移动来调整滑块的高度，从而调整滑块的下死点，冲床还包括用于检测下死点位置并对检测结果实时记录保存的下死点检测模块、用于检测曲轴上的轴承的温度并计算与轴承的温度对应的补偿量的轴温检测补偿模块，下死点检测模块与轴温检测补偿模块电连接，下死点检测模块把检测到的下死点误差量信息发送到轴温检测补偿模块，轴温检测补偿模块与调模装置电连接。

所述的下死点检测模块包括位移传感器、固定位移传感器的支架、控制器，位移传感器固定于滑块的正下方，位移传感器的输出端与控制器的输入端电连接，支架固定于冲床工作台面，位移传感器安装固定于支架的顶端，调整支架的位置，使位移传感器的感应端正对滑块的下死点，并与滑块的下死点保持一定的距离，使位移传感器可检测下死点的位置并把检测结果传输到控制器，控制器内预设下死点标准位置，控制器可以为一台计算机，可以对检测结果实时记录并且保存，并通过显示器显示，便于操作者实时监测下死点的位置及误差，本实施例中位移传感器优选非接触式电涡流位移传感器。

所述的轴温检测补偿模块包括单片机和热电偶传感器，热电偶传感器设于曲轴的轴承上，热电偶传感器的输出端与单片机的第一输入端电连接，控制器的输出端与单片机的第二输入端电连接，单片机内预设轴温参数库和误差模型，轴温度参数库用于针对检测到的轴承的温度给出对应的参数，误差模型用于计算根据不同温度和检测到的下死点误差量所要做出的误差补偿量，单片机可以针对不同的冲床设置相应的误差模型，使该轴温检测补偿模块可适用于不同的冲床。

所述的轴温检测补偿模块连接有报警模块，当轴温检测补偿模块检测到温度过高，可控制报警模块报警，提醒操作者应该关闭冲床。

由图2可知，本发明冲床下死点位置误差补偿方法包括以下步骤：

(1)、设置下死点和轴温监测参数，即通过控制器设置下死点的标准位置及允许的最大误差，通过单片机设置轴承温度允许的最大值；

(2)、开启冲床，启动下死点检测模块和轴温检测补偿模块，下死点检测与误差补偿过程开始；

(3)、下死点检测模块实时检测并记录下死点位置并计算下死点位置的误差，轴温检测补偿模块实时检测并记录轴承的温度；

(4)、单片机判断热电偶传感器检测的轴承的温度是否超出设定的轴承温度允许的最大值，如是，则单片机分别输出信号给报警模块和冲床本体的运行控制器，报警模块报警并且冲床停止运行；如不是，则执行步骤(5)；

(5)、控制器根据位移传感器检测的下死点位置及计算的下死点位置的误差判断下死点位置的误差是否超出允许的最大误差，如是，则执行步骤(6)，如不是，则执行步骤(8)；

(6)、操作者选择是否对下死点位置的误差进行补偿，如是，在执行步骤(7)，如不是，则执行步骤(8)，操作者选择是否对下死点位置的误差进行补偿是根据操作者的需求和意愿由操作者人为控制，如操作者的目的只是要检测下死点的误差，不需要对误差进行补偿，则此时操作者选择不对下死点位置的误差进行补偿，操作者控制单片机不进行误差补偿程序，也就是执行步骤(8)，如操作者的目的既要检测下死点的误差，也要对误差进行补偿以达到对冲床进行调校的目的，则此时操作者选择对下死点位置的误差进行补偿，操作者控制单片机进行误差补偿程序，也就是执行步骤(7)。

(7)、单片机根据热电偶传感器检测到的温度和预设的轴温参数库、误差模型，来计算下死点位置的误差补偿量，调模装置包括有电机和电机驱动模块，单片机计算出误差补偿量后，发出相应的信号的电机驱动模块，电机驱动模块控制电机执行相应的动作，对滑块的高度进行相应的调整，对下死点误差进行补偿，使下死点位置准确，轴温度参数库是用于针对检测到的轴承的温度给出对应的参数，误差模型是用于计算根据不同温度所要做出的补偿量，误差模型的推导过程如下：

由实验得到，冲床的误差主要由两部分组成：y＝y_y+y_t

在这里，y为总误差，y_y为线性定位误差的几何部分，y_t为线性定位误差的热部分；

实验过程中，通过热电偶传感器实时检测并记录轴承温度，将轴承温度绘画成曲线图，得到基准误差曲线；

根据最小二乘理论，对所得基准误差曲线进行一元二次拟合，可得到线性定位误差的几何部分，也就是基准误差模型为： $y_y=1.25+{0.1196\mathrm{\δ}}_y-{0.007\mathrm{\δ}}_y^2;$

式中δ_y为步骤(3)中计算的下死点位置的误差；

为了提高热误差模型的鲁棒性，减少冲床工作时环境温度变化对模型的影响，根据轴承温度相对于环境温度的变化量△Ts(环境温度可以通过设置一个温度传感器而进行检测)，结合基准误差曲线的曲线斜率建模可得到线性定位误差的热部分，也就是热误差模型为：y_t＝0.0539+0.0416△Ts；

式中△Ts为步骤(3)中热电偶传感器检测到的轴承温度相对于环境温度的变化量；

结合上述误差模型和热误差模型，可得到总误差，也就是误差补偿量的模型：

$y=y_y+y_t=1.3039+{0.1196\mathrm{\δ}}_y-{0.007\mathrm{\δ}}_y^2+0.0416\mathrm{\ΔTs};$

上述所有误差尺寸参数均以微米为单位。

以G2-110型冲床为例，当检测到下死点检测定位误差δ_y为5μm，轴温与环境温度的变化量△Ts为50℃时，可以得到误差补偿量：

y＝y_y+y_t＝1.3039+0.1196×5-0.007×5²+0.0416×50＝3.8069μm；

然后根据计算出的误差补偿量控制调模装置对滑块高度进行相应的微调。

(8)、操作者选择是否退出下死点位置检测与误差补偿，如是，则使下死点检测模块和轴温检测补偿模块停止运行，下死点检测与误差补偿过程结束，如不是，则返回步骤(3)，操作者选择是否退出下死点位置检测与误差补偿是操作者根据下死点检测与误差补偿过程持续的时间和冲床滑块冲压的次数来进行选择，如下死点检测与误差补偿过程已经持续了一个小时或者滑块冲压次数已经超过2000次，此时操作者选择退出下死点检测与误差补偿，使下死点检测模块和轴温检测补偿模块停止运行，冲床停止运行，如下死点检测与误差补偿过程持续时间不足一个小时或滑块冲压次数少于2000次，此时操作者选择不退出下死点检测与误差补偿，继续检测并记录下死点位置和轴承的温度，也就是返回执行步骤(3)。

Claims (3)

1.一种冲床下死点位置误差补偿装置，它包括冲床自带的用于对滑块的高度进行调节的调模装置，其特征在于：还包括用于检测下死点位置并对检测结果实时记录保存的下死点检测模块、用于检测曲轴上的轴承的温度并计算相应的补偿量的轴温检测补偿模块，下死点检测模块与轴温检测补偿模块电连接，轴温检测补偿模块与调模装置电连接；所述的轴温检测补偿模块连接有报警模块；上述冲床下死点位置误差补偿装置所采用的冲床下死点位置误差补偿方法包括以下步骤：

(1)、设置下死点和轴温监测参数，即通过控制器设置下死点的标准位置及允许的最大误差，通过单片机设置轴承温度允许的最大值；

(2)、开启冲床，启动下死点检测模块和轴温检测补偿模块，下死点检测与误差补偿过程开始；

(3)、下死点检测模块实时检测并记录下死点位置并计算下死点位置的误差，轴温检测补偿模块实时检测并记录轴承的温度；

(4)、单片机判断热电偶传感器检测的轴承的温度是否超出轴承温度允许的最大值，如是，则单片机分别输出信号给报警模块和冲床本体的运行控制器，报警模块报警并且冲床停止运行；如不是，则执行步骤(5)；

(5)、控制器根据位移传感器检测的下死点位置及计算的下死点位置的误差判断下死点位置的误差是否超出允许的最大误差，如是，则执行步骤(6)，如不是，则执行步骤(8)；

(6)、操作者选择是否对下死点位置的误差进行补偿，如是，在执行步骤(7)，如不是，则执行步骤(8)；

(7)、单片机计算下死点位置的误差补偿量，并控制调模装置对滑块的高度进行相应的调整，对下死点误差进行补偿；

(8)、操作者选择是否退出下死点位置检测与误差补偿，如是，则使下死点检测模块和轴温检测补偿模块停止运行，下死点检测与误差补偿过程结束，如不是，则返回步骤(3)；

所述的步骤(7)中单片机计算下死点位置的误差补偿量是通过以下公式：

误差补偿量 $y=1.3039+{0.1196\mathrm{\δ}}_y-{0.007\mathrm{\δ}}_y^2+0.0416\mathrm{\ΔTs};$

其中，δ_y为步骤(3)中计算的下死点位置的误差；△Ts为步骤(3)中热电偶传感器检测到的轴承温度相对于环境温度的变化量。

2.根据权利要求1所述的冲床下死点位置误差补偿装置，其特征在于：所述的下死点检测模块包括位移传感器、固定位移传感器的支架、控制器，位移传感器固定于滑块的正下方，位移传感器的输出端与控制器的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的冲床下死点位置误差补偿装置，其特征在于：所述的轴温检测补偿模块包括单片机和热电偶传感器，热电偶传感器设于曲轴的轴承上，热电偶传感器的输出端与单片机的第一输入端电连接，控制器的输出端与单片机的第二输入端电连接，单片机内预设轴温参数库和误差模型，轴温度参数库用于针对检测到的轴承的温度给出对应的参数，误差模型用于计算所要做出的补偿量。