CN109605129A - 一种两轴自稳定激光监测刀具振动装置 - Google Patents

一种两轴自稳定激光监测刀具振动装置 Download PDF

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杨龙兴
胥旭湦
庄孝斌
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    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/12—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring vibration

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种刀具振动检测的方法，具体是指一种激光传感器在监测刀具振动时会随机床振动而产生抖动，导致监测结果误差较大的问题的两轴自稳定激光监测刀具振动装置，包括弧形支撑架、俯仰电机、俯仰旋转器、俯仰连接架、摇摆电机、摇摆旋转器、摇摆连接架和激光传感器，弧形支撑架的弧度为90度，俯仰电机的机身安装在弧形支撑架的一端上，电机轴穿过弧形支撑架并通过轴承与弧形支撑架转动配合，摇摆电机的机身安装在俯仰连接架的一端上并通过轴承与俯仰连接架转动配合，俯仰连接架的另一端与俯仰旋转器连接，俯仰旋转器还与俯仰电机连接，摇摆连接架的一端与摇摆旋转器连接，摇摆旋转器还与摇摆电机连接，摇摆连接架的另一端与激光传感器连接。

Description

一种两轴自稳定激光监测刀具振动装置
技术领域
本发明涉及一种刀具振动检测的装置，具体是指一种两轴自稳定激光监测刀具振动装置。
背景技术
随着制造技术与工业自动控制技术的发展，对制造业的自动化程度和智能化水平提出了更高的要求，所以在切削加工行业和刀具生产行业中，实时的刀具监测就尤为重要。传统监测方式有切削力监测法、电阻测量法等，这类方法对传感器的材质、积屑都有过高的要求，并且机床自身的振动对测量精度影响很大，有时还需对机床做些改动，这让一些用户很难接受。因此一些非接触式无损测量就显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种激光传感器在监测刀具振动时会随机床振动而产生抖动，导致监测结果误差较大的问题的两轴自稳定激光监测刀具振动装置。
为实现以上技术目的,本发明的技术方案是:一种两轴自稳定激光监测刀具振动装置，包括弧形支撑架、俯仰电机、俯仰旋转器、俯仰连接架、摇摆电机、摇摆旋转器、摇摆连接架和激光传感器，所述弧形支撑架的弧度为90度，俯仰电机的机身安装在弧形支撑架的一端上，电机轴穿过弧形支撑架并通过轴承与弧形支撑架转动配合，所述摇摆电机的机身安装在俯仰连接架的一端上并通过轴承与俯仰连接架转动配合，所述俯仰连接架的另一端与俯仰旋转器连接，所述俯仰旋转器还与俯仰电机连接，所述摇摆连接架的一端与摇摆旋转器连接，所述摇摆旋转器还与摇摆电机连接，所述摇摆连接架的另一端与激光传感器连接；所述俯仰连接架和摇摆连接架均为直角形状板材，所述激光传感器的检测端相对于摇摆连接架垂直。
作为优选，弧形支撑架的另一端上还设有相互并行的条形安装孔。
作为优选，所述俯仰连接架的两端表面为粗糙面。
作为优选，所述俯仰旋转器和摇摆旋转器结构相同，均包括壳体，壳体上设有插槽，所述壳体上设有螺孔，所述螺孔与插槽连通。
作为优选，所述摇摆电机和俯仰电机均为无刷直流电机。
作为优选，还包括检测控制模块，所述检测控制系统包括MPU-6050运动处理传感器、单片机和PID控制器，所述MPU-6050运动处理传感器、单片机和PID控制器依次信号连接，所述IPD控制器分别与摇摆电机和俯仰电机信号连接。
作为优选，所述单片机的型号为STC90C51。
以上描述可以看出，本发明具备以下优点：采用本发明的两轴自稳定激光监测刀具振动装置可不与刀具直接接触，不影响刀具结构及加工精度，通过两台电机的旋转，传感器始终保持在同一位置，减少了机床振动对监测精度的影响。
附图说明
图1为本发明的两轴自稳定激光监测刀具振动装置的结构示意图。
图2为本发明的两轴自稳定激光监测刀具振动装置安装使用时的结构示意图
图3为本发明的支撑架的结构示意图。
图4为本发明的俯仰旋转器的结构示意图。
图5为本发明的两轴自稳定激光监测刀具振动装置的电控方式示意图。
附图说明：01、机床，1、支撑架，2、俯仰电机，3、俯仰旋转器，4、俯仰连接架，5、摇摆电机，6、摇摆旋转器，7、摇摆连接架，8、激光传感器，9、壳体，10、插槽，11、条形安装孔，12、螺孔，。
具体实施方式
下面结合本发明给定的附图和具体示例，进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例。都属于本发明的保护范围。
在具体实施时，支撑架1上端开有两个平行的条形安装孔11，，通过螺丝穿过条形安装孔11使得支撑架固定在机床01上，并且可以小范围的前后移动调整整体位置，下端开有通孔；俯仰电机2为无刷直流电机，机身固定在支撑架上，电机轴穿过支撑架下端通孔，轴与孔之间装有滚珠轴承用于减小摩擦，在机床有上下抖动情况下，俯仰电机动作，保持传感器高度不变。
俯仰旋转器，一侧是具有两条键槽的内孔，孔与俯仰电机轴配合进行固定连接，随着电机轴旋转，俯仰旋转器跟着旋转，俯仰旋转器与支撑架直接有0.1mm的间隙。俯仰旋转器的侧面开有插槽，俯仰连接架一端穿过插槽通过螺栓穿过螺孔12与之螺接固定，连接着俯仰旋转器与摇摆电机；
俯仰连接架，为了增加摩擦，表面为颗粒状的粗糙面，插入俯仰旋转器插槽通过螺栓穿过螺孔12与之螺接固定，俯仰连接架可以小范围内左右调节；俯仰连接架另一端开有通孔；
摇摆电机，为无刷直流电机，固定在俯仰连接架上，电机轴穿过俯仰连接架的通孔，轴与孔之间装有滚珠轴承，减小摩擦，在机床有左右抖动情况下，摇摆电机动作，保持传感器位置不变；摇摆旋转器与俯仰旋转器结构相同，随着摇摆电机轴旋转，摇摆旋转器跟着旋转，摇摆旋转器与俯仰连接架直接有0.1mm的间隙；摇摆连接架为了增加摩擦，两端表面为颗粒状的粗糙面，一端插入摇摆旋转器的插槽，通过摇摆旋转器一侧的紧固螺栓锁紧，摇摆连接架可以小范围内上下调节；摇摆连接架另一端开有通孔，激光传感器固定在该通孔上。
所述的检测控制模块整合封装在俯仰电机或摇摆电机中，通过预先设定两轴角度参数使激光传感器正对于刀具上表面；开机后MPU-6050实时检测两轴角度并送入单片机；单片机得出偏离预设值的偏差信号；相应的偏差信号通过PID控制器运算输出PWM信号控制电机输出反向力矩。
MPU-6050运动处理传感器集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，无需单独安装传感器，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的，因此本发明使用陀螺仪来测量装置的两轴方向的改变；加速度计可以测出两轴偏转时由于重力引起的加速度，并可以计算出倾斜角。
通过MPU-6050就可以计算出每个轴在受到机床振动所偏转的方向与角度，将这些信息送入单片机，此时单片机得出偏离预设值的偏差信号，相应的信号通过PID控制器运算输出PWM信号控制电机，在相应电机上输出反向力矩，补偿振动带来的偏差使得激光传感器可以稳定的对准刀头进行刀头的振动检测。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种两轴自稳定激光监测刀具振动装置，其特征在于：包括弧形支撑架(1)、俯仰电机(2)、俯仰旋转器(3)、俯仰连接架(4)、摇摆电机(5)、摇摆旋转器(6)、摇摆连接架(7)和激光传感器(8)，所述弧形支撑架(1)的弧度为90度，俯仰电机(2)的机身安装在弧形支撑架(1)的一端上，电机轴穿过弧形支撑架(1)并通过轴承与弧形支撑架(1)转动配合，所述摇摆电机(5)的机身安装在俯仰连接架(4)的一端上并通过轴承与俯仰连接架(4)转动配合，所述俯仰连接架(4)的另一端与俯仰旋转器(3)连接，所述俯仰旋转器(3)还与俯仰电机(2)连接，所述摇摆连接架(7)的一端与摇摆旋转器(6)连接，所述摇摆旋转器(6)还与摇摆电机(5)连接，所述摇摆连接架(7)的另一端与激光传感器(8)连接；所述俯仰连接架(4)和摇摆连接架(7)均为直角形状板材，所述激光传感器(8)的检测端相对于摇摆连接架(7)垂直。
2.根据权利要求1所述的两轴自稳定激光监测刀具振动装置，其特征在于：弧形支撑架(1)的另一端上还设有相互并行的条形安装孔(11)。
3.根据权利要求1所述的两轴自稳定激光监测刀具振动装置，其特征在于：所述俯仰连接架(4)的两端表面为粗糙面。
4.根据权利要求1所述的两轴自稳定激光监测刀具振动装置，其特征在于：所述俯仰旋转器(3)和摇摆旋转器(6)结构相同，均包括壳体(9)，壳体(9)上设有插槽(10)，所述壳体(9)上设有螺孔(12)，所述螺孔(12)与插槽(10)连通。
5.根据权利要求1所述的两轴自稳定激光监测刀具振动装置，其特征在于：所述摇摆电机(5)和俯仰电机(2)均为无刷直流电机。
6.根据权利要求1所述的两轴自稳定激光监测刀具振动装置，其特征在于：还包括检测控制模块，所述检测控制系统包括MPU-6050运动处理传感器、单片机和PID控制器，所述MPU-6050运动处理传感器、单片机和PID控制器依次信号连接，所述IPD控制器分别与摇摆电机(5)和俯仰电机(2)信号连接。
7.根据权利要求6所述的两轴自稳定激光监测刀具振动装置，其特征在于：所述单片机的型号为STC90C51。
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