CN103234471B - 金刚石圆锯片基体检测系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种金刚石圆锯片基体检测系统，用于测量金刚石圆锯片的基体的张力、直径、径跳以及厚度的参数，其特征在于，具有：测量模块，用于测量各参数；以及数据处理模块，通过串行接口与测量模块连接，用于处理测量模块得到的数据，其中，测量模块由张力测量单元、直径测量单元、厚度测量单元和主运动单元组成，张力测量单元用于测量和采集基体上的张力参数，直径测量单元用于测量和采集基体的直径和径跳参数，厚度测量单元用于测量和采集基体的厚度参数，主运动单元用于带动基体运动，并且对各参数的采集进行同步。

Description

金刚石圆锯片基体检测系统及测量方法

技术领域

本发明涉及一种金刚石圆锯片基体检测系统及测量方法。

背景技术

金刚石圆锯片是一种切割工具，广泛应用于石材，陶瓷等脆硬材料的加工。由于其直径、厚度比相当大，且仅在中央部分用夹盘固定于锯轴上，无法像带锯、框锯那样张紧，所以当其高速旋转时，会在圆锯片边缘产生最大切向压应力，夹盘附近产生最大切向拉应力，在整个圆锯片内都有大小不等的径向拉应力。如果圆锯片不进行适张，上述应力状态会使圆锯片丧失稳定性，产生弯曲变形，从而导致锯切精度和加工表面质量降低、圆锯片磨损加剧、使用寿命缩短等一系列问题。所以在出厂前要对圆锯片相关参数进行检测。金刚石圆锯片主要由基体与刀头两部分组成。其中，基体是粘结刀头的主要支撑部分，出厂前检测项目包括尺寸、张力和硬度等，传统的检测是每个工具检测一个指标，甚至有些尺寸参数需要人工进行检测。对于大型金刚石圆锯片基体的张力、径跳、直径、厚度四个参数就需要四道工序，检测效率较低。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种可以同时检测金刚石圆锯片基体的上述四个参数的检测系统以及测量方法，提高检测效率。为了达到以上目的，本发明采用了以下系统。

一种金刚石圆锯片基体检测系统，用于测量金刚石圆锯片的基体的张力、直径、径跳以及厚度的参数，其特征在于，具有：测量模块，用于测量各参数；以及数据处理模块，通过串行接口与测量模块连接，用于处理测量模块得到的数据，其中，测量模块由张力测量单元、直径测量单元、厚度测量单元和主运动单元组成，直径测量单元具有，与金刚石圆锯片相切的检测板、用于测量检测板的位移的位移检测器以及用于带动直径测量单元移动的平移气缸，位移检测器的测头端与检测板相连，数据处理模块根据检测板的位移以及安装尺寸计算出相应的直径和径跳，张力测量单元用于测量和采集基体上的张力参数，厚度测量单元用于测量和采集基体的厚度参数，主运动单元用于带动基体运动，并且对各参数的采集进行同步。

另外，张力测量单元具有，设置在丝杠上的顶出气缸，用于提供冲力，使基体发生形变；设置在导轨上的复数个激光位移传感器，用于测量当基体发生形变时，基体上的点的位移，数据处理模块根据位移计算出相应的张力。

另外，直径测量单元具有，检测板，与圆锯片相切的平板；位移检测器，测头端与检测板相连，用于测量检测板的位移；以及平移气缸，用于带动直径测量单元移动，数据处理模块根据检测板的位移以及安装尺寸计算出相应的直径和径跳。

另外，厚度测量单元具有，两个激光距离传感器，激光距离传感器相对设置，并且安装间距固定，用于测量基体的厚度；以及摆动气缸，用于带动激光距离传感器移动。

另外，主运动单元由电机、编码器、回转气缸、主轴、内轴以及装夹装置组成，主轴中心有沿轴向的孔，内轴置于孔中，回转气缸固定在主轴上，并且与内轴相连，拉动内轴在孔中运动，装夹装置连接在内轴上，随着内轴而移动，把金刚石圆锯片紧固在主轴上，电机带动主轴、内轴以及金刚石圆锯片旋转，编码器控制金刚石圆锯片旋转的角度，并对张力、直径、厚度参数的采集时间进行匹配。

进一步，本发明还提供了利用上述系统测量金刚石圆锯片基体张力的方法，其特征在于，包括以下步骤：顶出气缸提供冲力，使金刚石圆锯片基体发生形变；激光位移传感器测量金刚石圆锯片基体上的点的形变量；电机带动金刚石圆锯片旋转一周，激光位移传感器采集N组形变量的数据；数据处理模块根据数据，计算出相对应的张力值，并拟合得到形变曲线和张力曲线。

进一步，本发明还提供了利用上述系统测量金刚石圆锯片基体直径和径跳的方法，其特征在于，包括以下步骤：当电机带动金刚石圆锯片基体旋转，检测板随着与金刚石圆锯片基体切点的不同而发生位移；位移检测器测量检测板的位移；电机带动金刚石圆锯片基体旋转一周，千分表测量N组位移；数据处理与控制模块根据检测板位移以及直径测量单元的安装数据计算N组相对应的金刚石圆锯片基体的半径值；数据处理模块根据半径值计算径跳值，并且拟合得到金刚石圆锯片基体的外轮廓，获取其直径。

发明的有益效果

因为本发明涉及的金刚石圆锯片基体检测系统可以在一道工序内测量张力、直径、径跳以及厚度四个参数，同时各检测操作实现了自动化操作，所以本发明提供的金刚石圆锯片基体检测系统和测量方法大大提高了检测效率，节省了工时。

说明书附图

图1是本发明涉及的金刚石圆锯片基体检测系统具体实施方式中系统构成图；

图2是本发明具体实施方式的张力测量原理图；

图3是本发明具体实施方式的直径及径跳测量原理图；

图4是本发明具体实施方式的厚度测量原理图；

图5是本发明具体实施方式的测量模块结构图；

图6是本发明具体实施方式的界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明涉及的金刚石圆锯片基体检测系统及测量方法进行详细说明。

图1是本发明涉及的金刚石圆锯片基体检测系统具体实施方式中的系统构成图。

如图1所示，本发明涉及的金刚石圆锯片基体检测系统包括测量模块1和数据处理模块2，其中测量模块1包括张力测量单元3、直径测量单元4、厚度测量单元5以及主运动单元6。

图2是本发明具体实施方式的张力测量原理图；图5是本发明具体实施方式的测量模块结构图；图6是本发明具体实施方式的界面示意图。

如图2和图5所示，张力测量单元中，顶出气缸35移动用于提供冲力，使金刚石圆锯片基体发生形变；三个激光位移传感器31、32和33，用于测量发生形变时，金刚石圆锯片基体上的点的位移；顶出气缸设置在丝杠62上并且可以沿丝杠移动，激光位移感应器设置在导轨36上并且可以沿着导轨移动，以适应不同尺寸的锯片。锯片经过热处理及磨削加工后，其基体存在着一定的内应力。根据弹性力学理论可知，如果内应力分布均匀，则当圆锯片37上圆环A上所有点在气缸35作用下向内产生相等位移时，圆环B上对应点产生的变形都应该相等。同样，如果应力不均匀，则圆环B各点变形不相等，因此可以用它们的位移量来描述应力的不同。激光位移传感器31、32、33到金刚石圆锯片37中心轴的距离分别为R1、R2、R3。以激光位移传感器31的测量为例，假定w₁为圆锯片37变形前测到的数值，w₂为在气缸35作用下圆锯片37发生变形后测得的数值，则所测点的变形量为w＝w₂-w₁。由弹性力学中关于薄板的计算公式，即可由变形w计算出该点的张力值。圆锯片37旋转一周，每隔0.5度采集一次数值，则可以得到圆环B1上720个点的变形量，以圆锯片37中心为坐标原点，编码器的零度方向为X轴正方向建立平面直角坐标系，则采样点在计算机软件系统坐标系内的坐标为：x₁＝(R1-w)coskΔθ，y₁＝(R1-w)sinkΔθ(其中k＝0，1，2，…，720)，由弹性力学中关于薄板的计算公式，即可由变形w计算出该采样点处的张力值。如图6所示，采样点处形变和张力的拟合曲线即为圆锯片37在该圆形轮廓处的形变曲线C和张力曲线D。同理，利用激光位移传感器32和33也可以测得出相应圆周上的张力。

图3是本发明具体实施方式的直径及径跳测量原理图。

如图3所示，在直径测量单元4中，平移气缸42带动直径测量单元移动；检测板43与圆锯片37相切，并且与千分表41的轴向垂直，如圆锯片是一个规则的圆形，则随着圆锯片的转动，检测板不会发生位移；而圆锯片不是规则圆形，所以随着圆锯片的转动，检测板发生位移，千分表可以测量和记录这些位移。L4可以通过安装尺寸获得，L5可根据千分表测得数值和相关安装尺寸计算得到。则该位置处锯片的半径为R＝L4-L5。锯片绕轴旋转一周，每隔0.5度采样一次，则可得到其圆周上720个点的半径值。由于圆锯片存在齿槽，故720个采样点中会出现采样点位于齿槽处的情况，致使该点处所测半径小于正常值，故需要进行数据筛选和处理，由于实际的半径值波动不大，可对突变的奇异点进行剔除，并由已采集点的平均值代替奇异点，从而避免齿槽的影响。由于L5在插值区间变化很小，选用4次等距节点插值公式。由牛顿前插公式，设节点θ_k＝θ₀+kh(k＝0，1，2，…，720)，要计算θ₀附近点θ的函数f(θ)的值，可令θ＝θ₀+th(0≤t≤1)，0.5度为一个步长h，经过推导可得如下公式： $L5({\mathrm{\θ}}_0+th)=L{5}_0+t\mathrm{\Δ}L{5}_0+\frac{t(t-1)}{2!}{\mathrm{\Δ}}^{2}L{5}_0+\frac{t(t-1)(t-2)}{3!}{\mathrm{\Δ}}^{3}L{5}_0+\frac{t(t-1)(t-2)(t-3)}{4!}{\mathrm{\Δ}}^{4}L{5}_0$ ，误差估计： $R_4\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{t(t-1)(t-2)(t-3)(t-4)}{5!}{\mathrm{\Δ}}^{5}L5\left(\mathrm{\ξ}\right),\mathrm{\ξ}\∈(x_0,x_4),$ 从而可得其他节点θ_k(k＝1，2，…，720)附近点的公式，通过拟合得到如图6所示的锯片半径所在的外径曲线E，获取其直径。该锯片径跳值为del＝Rmax-Rmin。其中Rmax为所测圆周上最大半径值，Rmin为所测圆周上最小半径值。

图4是本发明具体实施方式的厚度测量原理图。

如图4所示，厚度测量单元5包含激光距离传感器51、52以及连接支架53，支架与如图5所示的摆动气缸63连接，由摆动气缸带动厚度测量单元运动。进行厚度检测时，厚度检测单元在摆动气缸63带动下，旋转到测量位置。检测完毕后，厚度检测单元复位。设L3为激光距离传感器5152之间的距离。如果激光距离传感器51和52测得到圆锯片37表面的距离分别为L1和L2。则圆锯片37厚度t＝L3-(L1+L2)。锯片绕轴旋转一周，每隔0.5度采样一次，则可得到其圆周上720个点的厚度值。

以上，仅为本发明的一个具体实施方式而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种金刚石圆锯片基体检测系统，用于测量金刚石圆锯片的基体的张力、直径、径跳以及厚度的参数，其特征在于，具有：

测量模块，用于测量各所述参数；以及

数据处理模块，通过串行接口与所述测量模块连接，用于处理所述测量模块得到的数据，

其中，所述测量模块由张力测量单元、直径测量单元、厚度测量单元和主运动单元组成，

所述直径测量单元具有，与所述金刚石圆锯片相切的检测板、用于测量所述检测板的位移的位移检测器以及用于带动所述直径测量单元移动的平移气缸，所述位移检测器的测头端与所述检测板相连，所述数据处理模块根据所述检测板的位移以及安装尺寸计算出相应的直径和径跳，

所述张力测量单元用于测量和采集所述基体上的张力参数，

所述厚度测量单元用于测量和采集所述基体的厚度参数，

所述主运动单元用于带动所述基体运动，并且对各所述参数的采集进行同步。

2.根据权利要求1所述的金刚石圆锯片基体检测系统，其特征在于：

其中，所述张力测量单元具有，

顶出气缸，用于提供冲力，使所述基体发生形变；

复数个激光位移传感器，用于测量当所述基体发生形变时，所述基体上的点的位移，

所述数据处理模块根据所述位移计算出相应的张力。

3.根据权利要求2所述的金刚石圆锯片基体检测系统，其特征在于，还具有：

导轨以及丝杠，所述激光位移传感器和所述顶出气缸分别设置在所述导轨和所述丝杠上，并沿着所述导轨和所述丝杠移动。

4.根据权利要求1所述的金刚石圆锯片基体检测系统，其特征在于：

其中，所述厚度测量单元具有，

两个激光距离传感器，所述激光距离传感器相对设置，并且安装间距固定，用于测量所述基体的厚度；以及

摆动气缸，用于带动所述激光距离传感器移动。

5.根据权利要求3所述的金刚石圆锯片基体检测系统，其特征在于：

其中，所述主运动单元由电机、编码器、回转气缸、主轴、内轴以及装夹装置组成，

所述主轴中心有沿轴向的孔，所述内轴置于所述孔中，

所述回转气缸固定在所述主轴上，并且与所述内轴相连，拉动所述内轴在所述孔中运动，

所述装夹装置连接在所述内轴上，随着所述内轴而移动，把所述金刚石圆锯片紧固在所述主轴上，

所述电机带动所述主轴、所述内轴以及所述金刚石圆锯片旋转，

所述编码器控制所述金刚石圆锯片旋转的角度，并对张力、直径、厚度参数的采集时间进行匹配。

6.一种使用如权利要求5所述的金刚石圆锯片基体检测系统测量金刚石圆锯片基体张力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述顶出气缸提供冲力，使所述金刚石圆锯片基体发生形变；

所述激光位移传感器测量所述金刚石圆锯片基体上的点的形变量；

所述电机带动所述金刚石圆锯片旋转一周，所述激光位移传感器采集N组所述形变量的数据；

所述数据处理模块根据所述数据，计算出相对应的张力值，并拟合得到形变曲线和张力曲线。

7.一种使用如权利要求5所述的金刚石圆锯片基体检测系统测量金刚石圆锯片基体直径及径跳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

当所述电机带动所述金刚石圆锯片基体旋转，所述检测板随着与所述金刚石圆锯片基体切点的不同而发生位移；

所述位移检测器测量所述检测板的位移；

所述电机带动所述金刚石圆锯片基体旋转一周，千分表测量N组所述位移；

所述数据处理模块根据所述检测板位移以及所述直径测量单元的安装数据计算N组相对应的所述金刚石圆锯片基体的半径值；

所述数据处理模块根据所述半径值计算径跳值，并且拟合得到所述金刚石圆锯片基体的外轮廓，获取其直径。