CN103551919A - 一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置 - Google Patents

一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提出一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置，测量装置由带零位的分离增量式直线光栅部分和电涡流传感器部分组成；带零位的分离增量式直线光栅尺主要检测旋转机械手执行端换刀瞬间的X向位移；电涡流传感器部分主要检测旋转机械手执行端换刀瞬间的Y向位移，这样就可确定换刀机械手每一次换刀的平面位置，从而确定换刀机械手的重复定位精度。该装置降低了传统测量中需拆卸换刀机构的方法所带来的装配误差，而且测量旋转机械手自动换刀执行端的重复定位精度，使得测量结果更加可靠。

Description

一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置
技术领域
本发明涉及一种重复定位精度测量装置，特别涉及数控加工中心旋转机械手自动换刀设备领域，尤其涉及一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置。
背景技术
刀库及自动换刀机构是实现机床高档加工中心和重型加工中心中刀具储备及刀具自动更换功能的重要组成部分。刀库中存储有加工中心所需的多种类型刀具，其通过换刀机构将刀库中待用刀具与主轴工作刀具进行交换，进而实现多类型、高精度、高效率的加工。在一般小型立式综合加工中心中，其刀库一般为圆盘式刀库。圆盘式刀库需搭配自动换刀机构ATC(Auto Tools Change)进行刀具交换，数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，必须带有自动换刀旋转机械手，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差。自动换刀旋转机械手需满足换刀时间短和刀具重复定位精度高两方面的要求，因此旋转机械手自动换刀的重复定位精度是评价刀库及自动换刀机构整体性能非常重要的一个指标。
一般检测旋转机械手的重复定位精度多采用圆光栅测量，其将圆光栅置于机构旋转轴处采集机械手到达指定位置的旋转角度，以旋转角度的波动作为旋转机械手重复定位精度。此测量方法存在以下两个方面存在不足：该方法中圆光栅置于机构的旋转轴处，测量过程中需要先拆卸下机械臂装入圆光栅再安装上机械臂，整个过程会使得工装步骤非常繁琐，同时也会带来装配误差；另外忽略的轴向跳动也会给旋转机械手执行端的重复定位精度带来影响，造成重复定位精度的不准确。为解决上述问题，本发明提出一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置，该装置能很好地降低传统应用圆光栅测量旋转机械手轴向跳动和装配误差给重复定位精度测量带来的不足，同时该装置安装简单高效，保证测量结果更加可靠。
发明内容
本发明的目的在于提出一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置，该装置包括自动换刀旋转机械手、直线光栅尺、零位、端压块、读数头、电涡流传感器、主轴头、主轴头支撑座、机械臂旋转轴、支架。该装置降低了传统测量中需拆卸换刀机构的方法所带来的装配误差，而且测量旋转机械手自动换刀执行端的重复定位精度，使得测量结果更加可靠。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置，机械手旋转轴与自动换刀旋转机械手通过螺栓连接，且自动换刀旋转机械手由机械手旋转轴驱动；自动换刀旋转机械手两端为执行端，直线光栅尺贴在执行端的弧端；两个端压块置于直线光栅尺两边用于固定直线光栅尺；零位置于直线光栅尺右侧整体1/4处；机械手旋转轴由电机驱动；支架与主轴头支撑座通过螺栓连接固定；主轴头与主轴头支承座连接为一体；读数头与电涡流传感器通过螺钉连接固定在支架上；读数头和电涡流传感器分别通过电涡流传感器数据传输线和读数头数据传输线与上位机相连。
本发明主要由带零位的分离增量式直线光栅部分和电涡流传感器部分组成，带零位的分离增量式直线光栅尺主要检测旋转机械手执行端换刀瞬间的X向位移；电涡流传感器部分主要检测旋转机械手执行端换刀瞬间的Y向位移，这样就可确定换刀机械手每一次换刀的平面位置，从而确定换刀机械手的重复定位精度。
与传统测量方法相比较，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用的带零位分离增量式直线光栅尺和电涡流传感器结合方法测量自动换刀旋转机械手重复定位精度的装置，其能够降低传统应用圆光栅测量旋转机械手轴向跳动和装配误差给重复定位精度测量结果带来的不足。
2、本装置的直线光栅尺贴在自动换刀旋转机械手执行端的弧端，对尺寸要求并不高，故一种型号的直线光栅就可应用到多种型号的自动换刀旋转机械手上，所以本发明采用增量式的直线光栅大大降低了设备成本。
3、本发明不仅限于测量自动换刀旋转机械手的重复定位精度，而且适合类似旋转机构的重复定位精度测量，通用性强。
附图说明
图1为重复定位精度测量装置的三维整体示意图；
图2为自动换刀旋转机械手执行端贴直线光栅的示意图；
图3为读数头和电涡流传感器安装位置示意图。
图中：1、自动换刀旋转机械手 2、直线光栅尺 3、零位 4、端压块 5、读数头 6、电涡流传感器 7、主轴头 8、主轴头支撑座 9、机械臂旋转轴 10、支架。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施实例对本发明作进一步的说明。
如图1所示为重复定位精度测量装置的三维整体示意图，该装置由自动换刀旋转机械手1、直线光栅尺2、零位3、端压块4、读数头5、电涡流传感器6、主轴头7、主轴头支撑座8、机械臂旋转轴9、支架10组成；机械手旋转轴2与自动换刀旋转机械手1通过螺栓连接，且自动换刀旋转机械手1由机械手旋转轴2驱动，机械手旋转轴2由电机驱动；自动换刀旋转机械手1两端为执行端，直线光栅尺2贴在自动换刀旋转机械手1执行端的弧端；两个端压块4置于直线光栅尺2两边用于固定直线光栅尺2；零位3置于直线光栅尺2右侧整体1/4处；支架10与主轴头支撑座8通过螺栓连接固定；主轴头7与主轴头支承座8连接为一体；读数头5与电涡流传感器6通过螺钉连接固定在支架10上；读数头5和电涡流传感器6分别通过电涡流传感器数据传输线和读数头数据传输线与上位机相连。
如图2所示为自动换刀旋转机械手执行端贴直线光栅的示意图，图3为读数头和电涡流传感器安装位置示意图，自动换刀旋转机械手1两端的执行端上都贴有直线光栅尺2；直线光栅尺2由两个端压块4固定两端，在直线光栅上都标记上了零位3；在主轴头支撑座8上的支架10处放置了读数头5和电涡流传感器6，也就是测量自动换刀旋转机械手1将刀换到主轴头7的重复定位精度；通过读数头数据传输线和电涡流传感器数据传输线将采集的信号上传给上位机；本装置的重复定位精度测量装置主要由带零位3的分离增量式直线光栅尺2和电涡流传感器6组成；带零位3的分离增量式直线光栅尺2主要检测旋转机械手执行端换刀瞬间的X向位移；电涡流传感器6主要检测旋转机械手执行端换刀瞬间的Y向位移，这样就可确定自动换刀旋转机械手1每一次换刀的平面位置，进而确定换刀机械手的重复定位精度。
该装置的机械臂旋转轴9由电机驱动并带动自动换刀旋转机械手1旋转，当自动换刀旋转机械手1转到接近主轴头7正下方时，机械臂旋转轴9会自动减速，此时触发读数头5进行读数测量；读数头5先读到直线光栅尺2上零位3的信号，将测量位移前的数据清零之后读数头5就开始读直线光栅尺2旋转的位移；当自动换刀旋转机械手1转到主轴头7正下方时机械臂旋转轴9停止旋转，此时触发电涡流传感器6测量与自动换刀旋转机械手1执行端之间的距离，来确定自动换刀旋转机械手1的Y向的位置；换刀结束后机械臂旋转轴9反向旋转，反向旋转瞬间停止读数头5和电涡流传感器6读数，反向旋转至自动换刀旋转机械手1原位时停止并等待下一次换刀，这样就完成了一次自动换刀旋转机械手1重复定位精度的测量；由于自动换刀旋转机械手1的执行端弧面是一段距机械臂旋转轴9轴心距离相等的弧，直线光栅尺2贴在这段弧面上，所以读数头5所测得X向位移为线性的；取自动换刀旋转机械手1在主轴头7正下方停止时读数头5所测得数据作为X向位置，与电涡流传感器6读取的Y向位置相结合就可确定自动换刀旋转机械手1每次换刀到主轴头7的平面位置，从而也就确定了自动换刀旋转机械手1重复定位精度。

Claims (3)

1.本发明涉及一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置，其技术特征在于：该装置包括自动换刀旋转机械手（1）、直线光栅尺（2）、零位（3）、端压块（4）、读数头（5）、电涡流传感器（6）、主轴头（7）、主轴头支撑座（8）、机械臂旋转轴（9）、支架（10）组成；机械手旋转轴（2）与自动换刀旋转机械手（1）通过螺栓连接，且自动换刀旋转机械手（1）由机械手旋转轴（2）驱动，机械手旋转轴（2）由电机驱动；自动换刀旋转机械手（1）两端为执行端，直线光栅尺（2）贴在自动换刀旋转机械手（1）执行端的弧端；两个端压块（4）置于直线光栅尺（2）两边用于固定直线光栅尺（2）；零位（3）置于直线光栅尺（2）右侧整体1/4处；支架（10）与主轴头支撑座（8）通过螺栓连接固定；主轴头（7）与主轴头支承座（8）连接为一体；读数头（5）与电涡流传感器（6）通过螺钉连接固定在支架（10）上；读数头(5)和电涡流传感器(6)分别通过电涡流传感器数据传输线和读数头数据传输线与上位机相连。
2.根据权利要求1所述的一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置，其技术特征在于：自动换刀旋转机械手（1）两端的执行端上都贴有直线光栅尺（2）；直线光栅尺（2）由两个端压块（4）固定两端，在直线光栅上都标记上了零位（3）；在主轴头支撑座（8）上的支架（10）处放置了读数头（5）和电涡流传感器（6），也就是测量自动换刀旋转机械手（1）将刀换到主轴头（7）的重复定位精度；通过读数头数据传输线和电涡流传感器数据传输线将采集的信号上传给上位机；本装置的重复定位精度测量装置主要由带零位（3）的分离增量式直线光栅尺（2）和电涡流传感器（6）组成；带零位（3）的分离增量式直线光栅尺（2）主要检测旋转机械手执行端换刀瞬间的X向位移；电涡流传感器（6）主要检测旋转机械手执行端换刀瞬间的Y向位移，这样就可确定自动换刀旋转机械手（1）每一次换刀的平面位置，进而确定换刀机械手的重复定位精度。
该装置的机械臂旋转轴（9）由电机驱动并带动自动换刀旋转机械手（1）旋转，当自动换刀旋转机械手（1）转到接近主轴头（7）正下方时，机械臂旋转轴（9）会自动减速，此时触发读数头（5）进行读数测量；读数头（5）先读到直线光栅尺（2）上零位（3）的信号，将测量位移前的数据清零之后读数头（5）就开始读直线光栅尺（2）旋转的位移；当自动换刀旋转机械手（1）转到主轴头（7）正下方时机械臂旋转轴（9）停止旋转，此时触发电涡流传感器（6）测量与自动换刀旋转机械手（1）执行端之间的距离，来确定自动换刀旋转机械手（1）的Y向的位置；换刀结束后机械臂旋转轴（9）反向旋转，反向旋转瞬间停止读数头（5）和电涡流传感器（6）读数，反向旋转至自动换刀旋转机械手（1）原位时停止并等待下一次换刀，这样就完成了一次自动换刀旋转机械手（1）重复定位精度的测量；由于自动换刀旋转机械手（1）的执行端弧面是一段距机械臂旋转轴（9）轴心距离相等的弧，直线光栅尺（2）贴在这段弧面上，所以读数头（5）所测得X向位移为线性的；取自动换刀旋转机械手（1）在主轴头（7）正下方停止时读数头（5）所测得数据作为X向位置，与电涡流传感器（6）读取的Y向位置相结合就可确定自动换刀旋转机械手（1）每次换刀到主轴头（7）的平面位置，从而也就确定了自动换刀旋转机械手（1）重复定位精度。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转机械手自动换刀的重复定位精度测量装置，其技术特征在于：读数头（7）的位置要正对于自动换刀旋转机械手（1）旋转到主轴头（7）正下方时，自动换刀旋转机械手（1）上直线光栅尺（2）的中心位置；读数头（7）与直线光栅尺（2）的安装距离要严格按照所选型号的安装距离要求。
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