CN103213051B - 内孔直线沟道的在线定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及内孔直线沟道的在线定位方法，用以解决现有定位方法复杂、成本高的问题。本发明首先用光电式开关传感器的发射器照射待定位的工件的内孔端面；然后用设置在工件轴上的编码器进行计数；最后计算直线沟道中心线位置。本发明通过光电式开关传感器与编码器配合便实现了直线沟道的定位，方法操作简单、适应性强，结果准确可靠，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及数控加工过程中，被加工工件的定位方法。特别是内孔直线沟道加工过程中的定位及找正。
背景技术
汽车无级变速器(CVT)锥盘是CVT系统中的关键零件，该零件形状复杂，加工难度较大。为保证加工精度和生产效率，需要车、磨复合加工装备才能满足生产要求。目前只有德国、日本等少数发达国家能够生产，其核心技术对外保密。
如图1所示的CVT锥盘，内孔中有均匀分布的需要精密磨削的直线沟槽1，为提高磨削效率，在毛坯制造时预先加工有直线沟道，沟道磨削余量在0.2mm以内。为保证磨削精度和磨削效率，在进行沟道磨削之前必须对内孔直线沟道进行快速、精确定位和找正。
在数控机床工件找正、定位时通常采用接触式寻边器。该方法在定位时，由于沟道有突起，工作时传感器可能会被损坏。图像处理的方法也可用于定位，但该方法的成本较高，具有较高防护等级的摄像装置通常价格十分昂贵，而且图像处理需要较为复杂的硬件系统和处理算法。为此，发明了一种内孔直线沟道的在线定位方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种内孔直线沟道的在线定位方法，用以解决现有定位方法复杂、成本高的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：内孔直线沟道的在线定位方法，步骤如下：
1)用发射器发射光束照射待定位的工件的内孔端面，用接收器接收反射光线；发射器与接收器位置相对固定；光束平行于待定位工件旋转轴线，垂直于内孔端面；
2)使发射器、接收器相对待定位工件旋转，旋转轨迹与每个直线沟道轮廓均有两个交点，用编码器对所述相对旋转进行计数；从编码器的一个设定位置开始旋转，该设定位置记为N0，监测接收器的输出，记录该输出从内孔端面对应状态突变到沟道内侧对应状态时编码器的计数，记为N2，然后记录紧接着该输出从沟道内侧对应电平状态突变到内孔端面对应电平状态的编码器计数，记为N3；
3)计算直线沟道中心线位置：N为编码器一个圆周的计数值。
步骤2)中设定位置为零位位置，即N0＝0；步骤3)中直线沟道中心线位置为
步骤2)中记录的是首次从内孔端面对应电平状态突变到沟道内侧对应电平状态时编码器的计数，首次从沟道内侧对应电平状态突变到内孔端面对应电平状态的编码器计数。
步骤3)中计算的是内孔第一个直线沟道中心线位置，内孔一周均匀分布有n个直线沟道，则余下直线沟道中心线的位置为
本发明通过光电式开关传感器与编码器配合便实现了直线沟道的定位，方法操作简单、适应性强，结果准确可靠，成本低廉。
附图说明
图1(a)、图1(b)分别是CVT锥盘的内孔端面图和直线沟道局部示意图；
图2是实施例1的定位原理图；
图3是在线定位系统结构图；
图4是发射器、接收器与CVT锥盘相对位置图；
图5是光束轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明的方法适用于内孔上开设直线沟道的工件，对直线沟道进行定位和找正以适用于数控机床的后续磨削或其他操作。为了方便实验，将发射器、接收器相对待测工件的相对旋转构造为发射器、接收器固定，使待测工件旋转，编码器安装在待测工件上，发射器、接收器，待测工件可以安装在实验台架上，由实验台架固定发射器、接收器，由转台旋转待测工件。如图3，发射器和接收器被构造为一个光电开关传感器14，检测电路15将光电转换之后的电信号传输到控制系统。试验台架至少应该包括一个用于固定光电开关传感器的刀架检测工位16、一个用于选择待定位工件的转台，一个安装在转台上的编码器10。转台上设有卡装待测试工件13的卡盘12和驱动卡盘旋转的电机11。编码器也将输出送入控制系统。控制系统包括采集模块和数控计算机。控制系统可采用数控系统，输出电机控制信号，控制连接所述电机。定位算法作为数控系统软件的子模块，安装在数控计算机中，通过编程实现。以带内孔直线沟道的工件为待定位工件，如CVT锥盘。CVT锥盘内孔具有直线沟道，在进行磨削之前需要对直线沟道进行定位。实施例1以CVT锥盘为例，具体说明本发明。
实施例1
CVT锥盘零件的结构如附图1所示，其中心有一通孔，内孔一周分布有多个直线沟道。每个直线沟道之间都是等间距的，因此在定位时只需对找到一个直线沟道的中心线位置，就可以计算出余下沟道的中心线位置。发射器、接收器与CVT锥盘相对位置如图4所示(虚线表示发射和反射光束)，发射器发射光束与CVT锥盘转轴平行，垂直于内孔端面，光束运动轨迹是以转轴为圆心的同心圆，且必定与直线沟道轮廓有两个交点，如图5所示的三条同心圆轨(I、II、III)迹都可以，但超出直线沟道轮廓显然是不行的。
CVT锥盘的内孔端面可以形成有效的漫反射表面，因此设计了基于漫反射光电式开关的定位方法。在线定位方法的工作原理为：首先定义光电开关的两个状态，当光束照射在内孔端面时为低电平，计为0；当光束照射进沟道内则触发为高电平，计为1。工作中，从编码器的零位位置起始沿一个方向旋转锥盘，当采集到低电平时停止，计当前为初始位置，编码器脉冲数N1。再次旋转锥盘，让光束沿着内孔端面照射，当光束照射至沟道位置时触发高电平，并记录当前编码器脉冲数N2；当光束移出沟道重新照射在内孔端面则变为低电平，记录当前编码器脉冲数N3。工作中的时序关系如附图2所示，黑色点表示内孔端面部分，空心点表示直线沟道内侧部分。
根据记录的起点、上升沿和下降沿对应的编码器脉冲数，可以计算出内孔沟道中心线的位置(单位：角度)。设编码器一个圆周输出脉冲数为N，计算方法如下：
初始位置：
沟道中心线位置：
因此，假设沿内孔一周均匀分布有n个直线沟道，则余下直线沟道中心线的位置为：
由此，能够计算锥盘的起始位置角度和每个直线沟道中心线对应的位置角度。
从低电平到高电平、紧接着从高电平到低电平为一个连续过程，表示经过一个直线沟道，所以(1)式中后一部分表示一个直线沟道对应的角度，前一部分表示从零位到对应直线沟道的起始位置的角度。以上实施例中通过检测得到一个直线沟道中心线位置后，余下可以通过计算得到，作为其他实施方式，任一个直线沟道中心线位置都可以用(1)式表示，也就是说都可以通过测量得到。
以上实施例中，编码器从零位位置开始，是为了方便计算，实际可以为任意位置，记为N0，则(1)式转换为：
CVT锥盘加工过程中内孔直线沟道的在线定位系统可由以下几部分组成：被测试锥盘、光电开关传感器、数控系统和软件，其中光电开关传感器又含有发射器，接收器；检测电路和采集模块集成到数控系统中；定位算法作为数控系统软件的子模块，通过编程实现。在线定位系统的结构如附图3所示。
以一种CVT锥盘为例，该种锥盘在内孔一周均匀分布有6个直线沟道。选择测量距离为10mm，光点直径为10μm，防护等级IP67的光电式开关传感器，工件轴编码器4096线。根据前述的在线定位原理，从编码器零位开始工作，假设采集到的编码器脉冲数为：
N1＝50，N2＝80，N3＝140
则，起始位置为：
第一个直线沟道中心线位置为：
因此，余下5个直线沟道中心线的位置依次为：
θ2＝69.66°，θ3＝129.66°，θ4＝189.66°，θ5＝249.66°，θ6＝309.66°
通过这种方法，就能完成直线沟道的在线定位，并计算出每个沟道中心线的具体位置值。
实施例2
实施例1中编码器零位处于直线沟道处，若编码器零位处于内孔端面，第一次电平突变是照射直线沟道，记为N2，再次突变时照射内孔端面，记为N3，则沟道中心位置与实施例1公式相同，初始位置公式不同，为：(N2/N)*360°。
实施例1与实施例2中，沟道中心线位置角度都是相对于编码器零位确定的，若按初始位置确定，直接减去初始位置角度即可。
另外，当光束照射在内孔端面时为低电平，计为0；当光束照射进沟道内则触发为高电平，计为1，0和1是人为设定的，设定为1和0也可以，在选择锥盘监测光电式开关输出信号时，关心的是输出信号跳变位置。
Claims (4)
1.内孔直线沟道的在线定位方法，其特征在于，步骤如下：
1)用发射器发射光束照射待定位的工件的内孔端面，用接收器接收反射光线；发射器与接收器位置相对固定；光束平行于待定位工件旋转轴线，垂直于内孔端面；
2)将发射器、接收器相对待测工件的相对旋转构造为发射器、接收器固定，使待测工件旋转，发射器发射光束旋转轨迹与每个直线沟道轮廓均有两个交点，用编码器对所述相对旋转进行计数；从编码器的一个设定位置开始旋转，该设定位置记为N0，监测接收器的输出，记录该输出从内孔端面对应状态突变到沟道内侧对应状态时编码器的计数，记为N2，然后记录紧接着该输出从沟道内侧对应电平状态突变到内孔端面对应电平状态的
编码器计数，记为N3；
3)计算直线沟道中心线位置：N为编码器一个圆周的计数值。
2.根据权利要求1所述的内孔直线沟道的在线定位方法，其特征在于，步骤2)中设定位置为零位位置，即N0＝0；步骤3)中直线沟道中心线位置为
3.根据权利要求2所述的内孔直线沟道的在线定位方法，其特征在于，步骤2)中记录的是首次从内孔端面对应电平状态突变到沟道内侧对应电平状态时编码器的计数，首次从沟道内侧对应电平状态突变到内孔端面对应电平状态的编码器计数。
4.根据权利要求3所述的内孔直线沟道的在线定位方法，其特征在于，步骤3)中计算的是内孔第一个直线沟道中心线位置，内孔一周均匀分布有n个直线沟道，则余下直线沟道中心线的位置为
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