CN112276873A - 一种利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台及方法，设备构成简单，成本低，效率高。数控纵向直线运动单元安装固定在机座上；数控横向直线运动单元安装在数控纵向直线运动单元上，数控纵向直线运动单元与数控横向直线运动单元的运动方向相互垂直；工件支承盘安装在数控横向直线运动单元上；传感器安装在传感器支架上；两个传感器的感测点均位于数控纵向直线运动单元的中轴线上，且呈前后设置。本发明的方法包括被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤、被检测边为圆弧形或圆形的工件检测位置偏差和找正步骤、被检测边为椭圆形的工件检测位置偏差和找正步骤。

Description

一种利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台及方法
技术领域
本发明涉及一种利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台及方法。
背景技术
对于各类自动化生产设备、自动化生产线，其工艺流程的起始端为工件上件，工件在上件时，要求工件准确定位，以实现后续自动化工艺过程。柔性工件或薄片类工件以及一些其它类型的工件，很难通过夹具、导向件、刚性挡块等机械限位方式进行工件准确定位，因而工件上件后不可避免地存在位置偏差，必须对工件进行找正。
现有技术中多采用视觉识别系统，通过比对工件实际位置与理想位置的差异，对工件进行找正。虽然解决了工件位置检测的问题，但同时存在一些其他问题：第一，视觉识别系统价格昂贵，从而导致设备成本高；第二，视觉识别系统的识别成功率受产品自身和周围环境的影响较大，一个工件往往需要多次比对，直接影响设备正常运行及生产效率。第三，对于大型工件、长条形工件，视觉识别系统需要多个摄像头拼接，降低了识别成功率，同时增加了设备成本。
现有技术中也有通过在机器人上安装多个光电传感器的方式，实现工件找正。虽然用光电传感器替代了视觉识别系统，部分降低了设备成本，但同样存在一些其他的问题：第一，只能实现轮廓形状为矩形、正方形工件的找正；第二，机器人价格昂贵，从而导致设备成本较高；第三，机器人控制系统复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台及方法，设备构成简单，成本低，效率高。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台，其特征在于：包括传感器组件、数控横向直线运动单元、数控纵向直线运动单元、机座和工件支承盘；数控纵向直线运动单元安装固定在机座上；数控横向直线运动单元安装在数控纵向直线运动单元上，数控纵向直线运动单元与数控横向直线运动单元的运动方向相互垂直；工件支承盘安装在数控横向直线运动单元上；传感器组件包括传感器支架和两个传感器，传感器安装在传感器支架上；两个传感器的感测点均位于数控纵向直线运动单元的中轴线上，且呈前后设置。
本发明所述的工作台还设置有数控回转机构，数控回转机构安装在数控横向直线运动单元上，工件支承盘和数控回转机构连接，数控回转机构驱动工件支承盘转动。
本发明其特征在于：所述的工件支承盘为真空吸盘、电磁吸盘或者压板式工件支承盘；所述的传感器为光电传感器、光纤传感器、激光传感器、超声波传感器或者是接近开关。
本发明所述的数控横向直线运动单元和数控纵向直线运动单元的执行机构为带位置感测功能的丝杠螺母机构、齿轮齿条机构、链传动机构、带传动机构、凸轮导杆机构、连杆机构、油缸、直线电机或者直线运动模组。
本发明还包括控制系统，传感器、数控回转机构、数控横向直线运动单元、数控纵向直线运动单元均与控制系统电连接。
一种利用传感器检测工件位置偏差和找正的方法，其特征在于：采用上述的工作台，步骤如下：
设：X1轴、Y1轴为工件支承盘的中心线，O1点为工件支承盘的回转中心点，X1轴垂直于Y1轴，并且X1轴和Y1轴相交于O1点；X轴为数控横向直线运动单元的中轴线，与 X1轴重合；Y轴为数控纵向直线运动单元的中轴线，与Y1轴平行，Y轴与X轴垂直相交于 O点；两个传感器的感测点之间的距离为L；
一、被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤如下：
设：X2轴为过O1点的垂直于工件被检测边的轴线，Y2轴为过O1点的平行于工件被检测边的轴线；所述的工作台还设置有数控回转机构，工件支承盘和数控回转机构连接，数控回转机构驱动工件支承盘转动；
(1)送检过程：
将工件上件到工件支承盘并触发送检：数控纵向直线运动单元不动，数控横向直线运动单元将工件支承盘和其上的工件移动到传感器感测区，第一个传感器检测到工件被检测边上的一点，此时Y1轴与Y轴的距离S1即为该点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第二个传感器检测到工件被检测边上的另一点，同样，此时Y1轴与Y轴的距离S2即为该点与O1点的X轴向距离；
数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，直至O1点与O点重合、Y1轴与Y轴重合，送检动作结束；根据S1与S2，计算出两个被检测到的点之间X向的距离S＝S1-S2，再计算出工件的偏转角β为：
Figure BDA0002705683320000021
根据几何关系，可求得被检测边到O1点的距离K为：
Figure BDA0002705683320000022
(2)偏转角找正过程：
根据偏转角β的数值，数控回转机构驱动工件支承盘回转，回转停止时，Y轴、Y1轴、Y2轴重合，Y2O1X2坐标系、Y1O1X1坐标系及YOX坐标系三个坐标系重合，工件的偏转角得以消除；此时，工件被检测边平行于Y轴，且到Y轴的距离为K，且工件被检测边在Y2O1X2坐标系中的X2轴上的坐标，即是工件被检测边在YOX坐标系中X轴上的坐标，其坐标值为xK；
(3)横向找正过程：
偏转角找正完成，启动工件的横向找正，横向找正分为对边找正、对中心线找正或者对中心点找正：
对边找正：设工件在下一工位理想位置时，被检测边平行于Y轴且与Y轴的距离为H，其在X轴上的坐标值为xH；数控横向直线运动单元动作，使工件移动距离为|xK-xH|，完成工件的横向找正；
对中心线找正：设被检测边到工件中心线的距离为T，设该工件中心线在X轴上的坐标值为xT，设工件在下一工位的理想位置时，中心线到Y轴在X轴向的距离为P，其在X轴上的坐标值为xP；数控横向直线运动单元动作，使工件中心线移动距离为|xP-xT|，便完成工件的横向对中心线找正；
对中心点找正：设被检测边到工件中心点的距离为T’，设该工件中心点在X轴上的坐标值为xT′设工件在下一工位的理想位置时，中心点到Y轴在X轴向的距离为P’，其在X 轴上的坐标值为xP′；数控横向直线运动单元动作，使工件中心点移动距离为|xP′-xT′|，便完成工件的横向对中心点找正；
(4)纵向找正过程：
横向找正完成后，数控纵向直线运动单元使工件沿Y轴向下一工位理想位置方向移动，工件上设有辅助边，当第二个传感器检测到辅助边上的一点后，数控纵向直线运动单元再行走固定距离，使得工件到达下一工位理想位置；
二、被检测边为圆弧形或圆形的工件检测位置偏差和找正步骤如下：
(1)送检过程：
将工件上件到工件支承盘并触发送检：数控纵向直线运动单元不动，数控横向直线运动单元将工件支承盘和其上的工件移动到传感器感测区，第一个传感器检测到工件被检测边上的一点，此时Y1轴与Y轴的距离xA即为该点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第二个传感器检测到工件被检测边上的另一点，同样，此时Y1轴与Y轴的距离xB即为该点与O1点的X轴向距离；
数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，直至O1点与O点重合、Y1轴与Y轴重合，送检动作结束，两个传感器的感测点在YOX坐标系的Y轴上的坐标分别是(0，L/2) 和(0，-L/2)，于是两个被检测到的点的坐标分别为(xA，L/2)和(xB，-L/2)，被检测边的半径为R，于是可得如下方程组：
Figure BDA0002705683320000041
Figure BDA0002705683320000042
在x的两个解中选取绝对值小的一个，并以x的这个解，求得对应的y的值，计算出工件此时位置圆心在YOX坐标系的坐标Ogj(x，y)；
(2)找正过程：
通过数控横向直线运动单元和数控纵向直线运动单元的动作，使工件的圆心坐标，与工件在下一工位理想位置时的圆心坐标重合，从而使被检测边为圆弧形或圆形的工件得以找正；
三、被检测边为椭圆形的工件检测位置偏差和找正步骤如下：
设Y2轴为过O1点的平行于椭圆长轴的轴线；所述的工作台还设置有数控回转机构，工件支承盘和数控回转机构连接，数控回转机构驱动工件支承盘回转；；
(1)送检过程：
将工件上件到工件支承盘并触发送检：数控纵向直线运动单元不动，数控横向直线运动单元将工件支承盘和其上的工件移动到传感器感测区；第一个传感器检测到工件被检测边上的一点，此时Y1轴与Y轴的距离xA1即为该点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第二个传感器检测到工件被检测边上的第二点，此时Y1轴与Y轴的距离xB1即为该点与O1点的X轴向距离；再之后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第一个传感器又感应到工件被检测边上的第三点，此时Y1轴与Y 轴的距离xA2即为该点与O1点的X轴向距离；最后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第二个传感器感应到工件被检测边上的第四点，此时Y1轴与Y轴的距离xB2即为该点与O1点的X轴向距离；完成以上四个点的检测后，横向直线运动单元运动，当O1点与O点重合后、Y1轴与Y轴重合后，送检动作结束；两个传感器的感测点在YOX坐标系的Y轴上的坐标分别是(0，L/2)和(0，-L/2)，则以上四个被检测到点在YOX坐标系中的坐标分别为：(xA1，L/2)、(xB1，-L/2)、(xA2，L/2)、(xB2，-L/2)；工件被检测边的半长轴为a，半短轴为b，工件椭圆两个焦点为F1和F2，此时位置时焦点F1的坐标为(x1， y1)，焦点F2的坐标为(x2，y2)，于是可得如下方程组：
Figure BDA0002705683320000051
Figure BDA0002705683320000052
Figure BDA0002705683320000053
Figure BDA0002705683320000054
Figure BDA0002705683320000055
求得F1和F2的坐标后，再求得椭圆长轴与Y轴的夹角β，此角即为椭圆长轴的偏转角，并求出焦点F1到O点的距离R：
Figure BDA0002705683320000056
(2)偏转角找正过程：
根据偏转角β的数值，数控回转机构驱动工件支承盘回转，Y轴、Y1轴、Y2轴重合，椭圆长轴与Y轴平行，椭圆长轴的偏转角得以消除；
(3)横向和纵向找正过程：
计算偏转角找正后工件椭圆长轴到Y轴的距离H和椭圆焦点F1’到O点的距离M：
Figure BDA0002705683320000057
Figure BDA0002705683320000058
数控横向直线运动单元横向移动距离为|H|，使工件两个焦点在YOX坐标系中的X轴坐标为0，工件横向位置偏差得以找正；
设工件在下一工位理想位置时，其椭圆焦点F1到X轴的距离为U，数控纵向直线运动单元纵向移动距离为|U-M|，使工件两个焦点与理想位置的焦点重合，工件纵向位置偏差得以找正。
本发明被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤中，极端情况下会出现工件上件没有偏转角，此状态下，两个传感器会同时检测到工件被检测边上的两个点，此时跳过偏转角找正过程，直接启动横向找正过程。
本发明被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤中，数控纵向直线运动单元行走的固定距离数值设定为：工件在下一工位理想位置时，辅助边与Y轴的交点到第二个传感器感测点的距离的数值即为固定距离数值。
本发明被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤中，数控纵向直线运动单元行走的固定距离数值设定为：设第二个传感器的感测点与工件在下一工位理想位置时中心线的距离为C，辅助边到工件中心线的距离为V，固定距离数值则为|C-V|。
本发明被检测边为圆弧形或圆形的工件检测位置偏差和找正步骤中，找正过程中数控横向直线运动单元和数控纵向直线运动单元的动作步骤如下：数控横向直线运动单元横向移动距离为|x|，使工件圆心Ogj在YOX坐标系中的X坐标为0，工件横向位置偏差得以找正；数控纵向直线运动单元纵向移动距离为|W-y|，使工件圆心Ogj在YOX坐标系中的Y坐标为W，工件纵向位置偏差得以找正。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：利用传感器检测工件位置偏差，大大简化了识别系统以及控制系统，适用三角形、四边形、多边形、圆弧形或圆形、椭圆形等多种外形的工件，尤其适用于柔性材质工件、薄片类工件等一些难以通过夹具、导向、刚性挡块等机械限位方式进行工件准确定位的场合；而对于大型工件、长条形工件，利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台，也具有一定的优势，利用常规数控运动单元完成工件的送检和找正，整机结构简单，运行可靠，准确率高，大幅降低了设备成本，提高了找正效率。
附图说明
图1a是本发明专利实施例具有数控回转机构的工作台结构示意图。
图1b是图1a的侧视结构示意图。
图1c是本发明实施例没有数控回转机构的工作台结构示意图。
图1d是图1c的侧视结构示意图。
图2a是本发明专利实施例的工作台平面坐标系及工件上件状态示意图一，图中工件的上部发生偏移。
图2b是本发明专利实施例的工作台平面坐标系及工件上件状态示意图二，图中工件的下部发生偏移。
图3a是本发明专利实施例针对被检测边为直线的工件的找正原理图一，图中在一号传感器的检测点检测到工件被检测边上的一点。
图3b是本发明专利实施例针对被检测边为直线的工件的找正原理图二，图中在二号传感器的检测点检测到工件被检测边上的一点。
图3c是本发明专利实施例针对被检测边为直线的工件的找正原理图三，图中送检动作结束。
图3d是本发明专利实施例针对被检测边为直线的工件的找正原理图四，图中工件的偏转角已得以消除。
图3e是本发明专利实施例针对被检测边为直线的工件的找正原理图五，图中已完成工件的横向找正。
图3f是本发明专利实施例针对被检测边为直线的工件的找正原理图六，图中在纵向找正时二号传感器的检测点检测到工件被检测边的邻边。
图4a是本发明专利实施例工件对边找正与对中心线找正结果比较示意图。
图4b是本发明专利实施例工件对中心线横向找正时几何关系示意图。
图4c是本发明专利实施例工件对中心线纵向找正时几何关系示意图。
图5a是本发明专利实施例针对被检测边为圆弧形或圆形的工件的找正原理图一，图中工作台处于初始位置。
图5b是本发明专利实施例针对被检测边为圆弧形或圆形的工件的找正原理图二，图中在一号传感器的检测点检测到工件被检测边上的一点。
图5c是本发明专利实施例针对被检测边为圆弧形或圆形的工件的找正原理图三，图中在二号传感器的检测点检测到工件被检测边上的一点。
图5d是本发明专利实施例针对被检测边为圆弧形或圆形的工件的找正原理图四，图中送检动作结束。
图6a是本发明专利实施例针对被检测边为椭圆形的工件的找正原理图一，图中工作台处于初始位置，工件的上部发生偏移。
图6b是本发明专利实施例针对被检测边为椭圆形的工件的找正原理图二，图中在一号传感器的检测点检测到工件被检测边上的一点。
图6c是本发明专利实施例针对被检测边为椭圆形的工件的找正原理图三，图中在二号传感器的检测点检测到工件被检测边上的一点。
图6d是本发明专利实施例针对被检测边为椭圆形的工件的找正原理图四，图中在一号传感器的检测点检测到工件被检测边上的另一点。
图6e是本发明专利实施例针对被检测边为椭圆形的工件的找正原理图五，图中在二号传感器的检测点检测到工件被检测边上的另一点。
图6f是本发明专利实施例针对被检测边为椭圆形的工件的找正原理图六，图中送检动作结束。
图6g是本发明专利实施例针对被检测边为椭圆形的工件的找正原理图七，图中工件的偏转角已得以消除。
图6h是本发明专利实施例针对被检测边为椭圆形的工件的找正原理图八，图中工件的下部发生偏移。
以上附图中，数控纵向直线运动单元上部的虚线框G处为工件在下一工位的理想位置。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
本发明实施例所述的利用传感器检测工件6位置偏差和找正的工作台，包括传感器组件1、数控横向直线运动单元3、数控纵向直线运动单元4、控制系统、机座5、工件支承盘7、数控横向直线运动单元支架8和数控纵向直线运动单元支架9
数控纵向直线运动单元4通过数控纵向直线运动单元支架9安装固定在机座5上。
数控横向直线运动单元3通过数控横向直线运动单元支架8安装在数控纵向直线运动单元4上，随数控纵向直线运动单元4做直线运动。数控纵向直线运动单元4的运动，由带位置感测功能的常规直线运动机构实现，拖动数控横向直线运动单元3做直线运动。数控纵向直线运动单元4与数控横向直线运动单元3的运动方向相互垂直。
工件支承盘7安装在数控横向直线运动单元3上，随数控横向直线运动单元3做直线运动。工件6固定放置在工件支承盘7上，为避免工件6与工件支承盘7产生相对运动，工件支承盘7可以是真空吸盘或电磁吸盘，也可以采用压板等形式固定工件6。
传感器组件1包括传感器支架11和两个传感器12，这两个传感器12为一号传感器121 和二号传感器122，一号传感器121和二号传感器122均安装在传感器支架11上。一号传感器121和二号传感器122之间的相互位置关系是固定的，一号传感器121和二号传感器122的感测点均位于纵向直线运动单元4的中轴线上，且呈前后设置。传感器12为光电传感器、光纤传感器、激光传感器、超声波传感器或者是接近开关。
数控横向直线运动单元3和数控纵向直线运动单元4的直线运动，由带位置感测功能的常规直线运动机构实现，如此，数控横向直线运动单元3和数控纵向直线运动单元4的执行机构可以为带位置感测功能的丝杠螺母机构、齿轮齿条机构、链传动机构、带传动机构、凸轮导杆机构、连杆机构、油缸、直线电机或者直线运动模组。
当工作台用于圆形、圆弧形工件6时，工件支承盘7直接安装固定在数控横向直线运动单元3上，随数控横向直线运动单元3做直线运动。
当工作台用于非正圆形、非圆弧形工件6时，工作台还设置有数控回转机构2，工件支承盘7通过数控回转机构2安装在数控横向直线运动单元3上。数控回转机构2包括电机21和电机支架22。电机支架22安装在数控横向直线运动单元3上，数控横向直线运动单元3驱动数控回转机构2做直线运动。电机21竖直向上安装在电机支架22上。工件支承盘7安装在电机21的电机输出轴上，电机21的电机输出轴驱动工件支承盘7转动。电机 21为带旋转编码器的制动电机、步进电机或者伺服电机。
传感器12、数控回转机构2、数控横向直线运动单元3、数控纵向直线运动单元4均与控制系统电连接。控制系统为工控机或PLC。
一种利用传感器检测工件6位置偏差和找正的方法，步骤如下：
设：X1轴、Y1轴为工件支承盘7的中心线，O1点为工件支承盘7回转中心点，X1轴垂直于Y1轴，并且X1轴和Y1轴相交于O1点；X轴为数控横向直线运动单元3的中轴线，与X1轴重合；Y轴为数控纵向直线运动单元4的中轴线，与Y1轴平行，Y轴与X轴垂直相交于O点；A点为一号传感器121的感测点，B点为二号传感器122的感测点，A点和B 点均在Y轴上，A、B两点间的距离为L，且在初始状态(即上件状态)的时候A点与O 点之间的距离与B点与O点之间的距离相等；被检测边设定为在送检过程中数控横向直线运动单元3移动时工件6最先被检测到的边。
一、被检测边为直线的工件6的检测位置偏差和找正步骤如下：
(1)设：X2轴为过O1点的垂直于工件被检测边的轴线，垂足为f；Y2轴为过O1点的平行于工件被检测边的轴线；a、b、c、d为四边形工件6的四个顶点，ab为被检测边，被检测边与X1轴的交点为e。
(2)找正过程：
工件6上件后，存在三个维度的偏差：工件6与Y1O1X1坐标系的偏转角β，即Y2与 Y1所夹锐角，工件6在X轴向的位置偏差，工件6在Y轴向的位置偏差，找正过程是消除工件6三个维度的偏差的过程，找正动作包括如下步骤：
(21)送检过程：
图2a所示为所述工作台的初始位置，在此位置工件6上件到工件支承盘7并固定，然后触发送检：数控纵向直线运动单元4不动，数控横向直线运动单元3向X轴反向运动(图中向左)，从而将工件支承盘7中的工件6移动到传感器感测区，在一号传感器121的A 点检测到工件被检测边上的一点A'(见图3a)，此时Y1轴与Y轴的距离S1即为被检测边上的A'点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元3继续移动工件支承盘7，在二号传感器122的B点检测到工件被检测边上的另一点B'(见图3b)，同样，此时Y1轴与 Y轴的距离S2即为工件被检测边上的B'点与O1点的X轴向距离。
工件6上件时的初始位Y1轴与Y轴的距离(即O点与O1点的距离)是确定的，因而控制系统可根据检测到工件被检测边上的第二点时(此时为B'点)，O1点的位移值判断出 O点与O1点的位置关系(O点在左侧还是O1点在左侧)，根据判断的结果使数控横向直线运动单元3继续移动工件支承盘7，直至O1点与O点重合、Y1轴与Y轴重合，送检动作结束(见图3c)。根据S1与S2，可计算出A'点和B'之间X向的距离S＝S1-S2，因A点和B点之间的距离L是已知的且是固定的，于是控制系统便可算出工件6的偏转角β为：
Figure BDA0002705683320000101
根据几何关系，可求得被检测边到O1点的距离K为：
Figure BDA0002705683320000102
K值确定后，工件被检测边在Y2O1X2坐标系中的X2轴上的坐标随之确定。
上述送检过程是工件6偏转方向如图2a所示的情况，当出现工件6偏转方向如图2b所示的情况，则是在二号传感器122中的B点先检测到ab边上的一点B'，之后在一号传感器121的A点检测到工件6ab边上的另一点A'，这种情况下，偏转角β和被检测边到O1点的距离K的计算原理是相同的，控制系统只需根据一号传感器121和二号传感器122检测到工件6的顺序，即可判断出工件6角度偏差的方向，即：出现一号传感器121先检测到ab边上的一点的情况，偏转角找正时，数控回转机构2顺时针旋转消除工件6偏转角β；而出现二号传感器122先检测到ab边上的一点的情况，偏转角找正时，数控回转机构逆时针旋转消除工件6偏转角β。
(22)偏转角找正过程：
控制系统根据检测、计算的结果，将回转方向及回转角度值即偏转角β的数值发送给数控回转机构2，数控回转机构2的电机按指令回转，回转停止时，Y轴、Y1轴、Y2轴重合，Y2O1X2坐标系、Y1O1X1坐标系及YOX坐标系三个坐标系重合，工件6的偏转角得以消除(见图3d)，此时，工件被检测边平行于Y轴，且到Y轴的距离为K，且工件被检测边在Y2O1X2坐标系中的X2轴上的坐标，即是工件被检测边在YOX坐标系中X轴上的坐标，其坐标值为xK。
极端情况下会出现工件6上件没有偏转角，此状态下，两个传感器12会同时检测到工件被检测边上的2个点，并同时发讯，控制系统则跳过偏转角找正过程，直接启动横向找正过程。
(23)横向找正过程：
偏转角找正完成，工作台自动启动工件6的横向找正，横向找正可分为对边找正、对中心线找正或者对中心点找正：
对边找正：不同规格的工件6，找正后，都是使被检测边ab到Y轴在X轴向的距离，与工件6理想位置时ab边到Y轴在X轴向的距离相同，该距离为H。设工件6在下一工位理想位置时，被检测边平行于Y轴且与Y轴的距离为H，其在X轴上的坐标值为xH。数控横向直线运动单元3动作，使工件6移动距离为|xK-xH|，完成工件6的横向找正(见图3e)；极端情况下xK与xH相同，则数控横向直线运动单元3不再进行工件6的横向找正。
对中心线找正：根据工件6后续的工艺过程不同，也经常需要实现工件6的对中心线找正，即不同规格的工件6，找正后，都是使工件6的中心线E与工件6理想中心线E’在同一条直线上，图4a为对边找正与对中心线找正结果比较，F为工件6理想位置时被检测边所在的位置，F’为工件6理想位置时中心线所在的位置。图4b中，由前述过程可知，K 值及xK已求得，对于不同规格的工件6，被检测边ab到工件6中心线的距离T是已知的(工件6规格不同，T值不同)，并且由工件6的送检过程可知工件6中心线位于工件被检测边的右侧，于是该中心线在X轴上的坐标值xT随之确定；设工件6在下一工位的理想位置时，中心线到Y轴在X轴向的距离为P，其在X轴上的坐标值为xP,数控横向直线运动单元3 动作，使工件6中心线移动距离为|xP-xT|，便完成工件6的横向对中心线找正；极端情况下 xT与xP相同，则数控横向直线运动单元不再进行工件6的横向找正。
对中心点找正：工件6对中心点的找正方法，与工件6的对中心线的找正方法类似：由前述过程可知，K值及xK已求得，对于不同规格的工件6，被检测边ab到工件6中心点的距离T’是已知的(工件6规格不同，T’值不同)，并且由工件6的送检过程可知工件6 中心点位于工件被检测边的右侧，于是该中心点在X轴上的坐标值xT′随之确定；设工件6 在下一工位的理想位置时，中心点到Y轴在X轴向的距离为P’，其在X轴上的坐标值为xP′, 数控横向直线运动单元3动作，使工件6中心点移动距离为|xP′-xT′|，完成工件6的横向对中心点找正；极端情况下xT′与xP′相同，则数控横向直线运动单元不再进行工件6的横向找正。
(24)纵向找正过程：
横向找正过程完成后，启动纵向找正，并将工件6送至下一工位：数控纵向直线运动单元4的伺服电机启动，使得工件6向Y轴正向运动(图中向上)，辅助边设定为在纵向找正过程中数控纵向直线运动单元4移动时工件6最先被检测到的边，本实施例中，该辅助边设置为被检测边ab的邻边bc，当在二号传感器122的B点测到工件6邻边bc上的一点后发讯，触发控制系统开始数控纵向直线运动单元4伺服电机回转角度计数，当计数值与伺服电机回转角度设定值相等时，数控纵向直线运动单元4伺服电机停止，工件6送达下件位置，工件6的纵向位置同时得以找正，此过程相当于在二号传感器122的B点检测到工件6邻边bc后，数控纵向直线运动单元4行走固定距离D，使得工件6到达下一工位理想位置(见图3f)。
固定距离D其中一种设定方式为：工件6在下一工位理想位置时，邻边bc与Y轴交点到B点的距离，即：每个送到下一工位的工件6，其bc边到B点的距离都是相同的。将纵向找正过程与送件动作过程合并，节省了工艺时间。
如果工件6是具有中心线或对称中点的形状，工件6也可按上述方式进行对中心线、对中点找正，只是不同规格的工件6，找正行程设置不相同，可在程序中进行相应设定，设定方式与工件6的横向对中心线找正类似：当数控纵向直线运动单元4向图中上方运动，当在二号传感器122的B点测到工件6邻边bc上的一点后，因二号传感器122的B点到工件6理想中心线的距离C是已知的，工件bc边到工件6中心线的距离V也是已知的(不同规格的工件6，V值不同)，故数控纵向直线运动单元4行走固定距离D＝|C-V|，完成工件6 的纵向找正，并同时将工件6送到下一工位。
二、被检测边为圆弧形或圆形的工件6检测位置偏差和找正步骤如下：
(1)送检过程：
图5a所示为工作台的初始位置，工件6为圆形，在此位置工件6上件到工件支承盘7并固定，然后触发送检：数控纵向直线运动单元4不动，数控横向直线运动单元3向X轴反向运动(图中向左)从而将工件支承盘7和其上的工件6移动到传感器感测区，在一号传感器121的A点检测到工件被检测边上的一点A'(见图5b)，此时Y1轴与Y轴的距离xA即为A'点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元3继续移动工件支承盘7，在二号传感器122的B点检测到工件被检测边上的另一点B'(见图5c)，同样，此时Y1轴与Y轴的距离xB即为工件被检测边上的B'点与O1点的X轴向距离。
工件6上件时的初始位Y1轴与Y轴的距离(即O点与O1点的距离)是确定的，因而控制系统可根据检测到工件被检测边上的第二点时O1点的位移值判断出O点与O1点的位置关系(O点在左侧还是O1点在左侧)，根据判断的结果使数控横向直线运动单元3继续移动工件支承盘7，直至O1点与O点重合、Y1轴与Y轴重合，送检动作结束，A'点与B' 点在YOX坐标系的X轴上的坐标得以确定，而A点和B点在YOX坐标系的Y轴上的坐标是已知的，分别是(0，L/2)和(0，-L/2)，于是A'点坐标为(xA，L/2)，B'点的坐标为(xB，-L/2)，而工件6的圆弧半径R也是已知的，于是可得如下方程组：
Figure BDA0002705683320000131
Figure BDA0002705683320000132
由送检过程可知圆心在前述圆弧上两点A'及B'的右侧，即：在x的两个解中选取绝对值小的一个，并以x的这个解，求得对应的y的值，于是控制系统计算出工件6此时位置圆心在YOX坐标系的坐标Ogj(x，y)。
(2)找正过程：
图5d，工件6理想位置圆心在YOX坐标系的坐标为(0，W)，根据控制系统计算出的工件6实际圆心位置在YOX坐标系的坐标Ogj(x，y)，通过数控横向直线运动单元3 和数控纵向直线运动单元4的动作，将工件6圆心送到理想中心位置(0，W)，即：使工件6的圆心坐标，与工件6理想位置的坐标重合，从而使被检测边为圆弧形或圆形的工件6 得以找正，具体步骤如下：
数控横向直线运动单元3横向移动距离为|x|，使工件6圆心Ogj在YOX坐标系中的X坐标为0(与圆心理想位置横坐标一致)，工件6横向位置偏差得以找正；
数控纵向直线运动单元4纵向移动距离为|W-y|，使工件6圆心Ogj在YOX坐标系中的Y坐标为W(与圆心理想位置纵坐标一致)，工件6纵向位置偏差得以找正，同时工件6 送达下一工位。
由圆弧形、圆形工件6的送检及找正过程可知，单纯用于圆弧形、圆形工件6的工作台，可以没有数控回转机构2。
三、被检测边为椭圆形的工件6检测位置偏差和找正步骤如下：
(1)送检过程：
图6a所示为工作台的初始位置，工件6为椭圆形，设Y2轴为过O1点的平行于椭圆长轴的轴线；在此位置工件6上件到工件支承盘7并固定，然后触发送检：
数控纵向直线运动单元4不动，数控横向直线运动单元3向X轴反向运动(图中向左) 从而将工件支承盘7和其上的工件6移动到传感器感测区，在一号传感器121的A点检测到工件被检测边上的一点A1(见图6b)，此时Y1轴与Y轴的距离xA1即为工件被检测边上的A1点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元3继续移动工件支承盘7，在二号传感器122的B点检测到工件被检测边上的第二点B1(见图6c)，同样，此时Y1轴与Y轴的距离xB1即为工件被检测边上的B1点与O1点的X轴向距离；再之后，数控横向直线运动单元3继续移动工件支承盘7，在一号传感器121的A点感应到工件被检测边上的第三点A2(见图6d)，同样，此时Y1轴与Y轴的距离xA2即为工件被检测边上的B' 点与O1点的X轴向距离；最后，数控横向直线运动单元3继续移动工件支承盘7，在二号传感器122的B点感应到工件被检测边上的第四点B2，同样，此时Y1轴与Y轴的距离xB2即为工件被检测边上的B2点与O1点的X轴向距离；完成A1、A2、B1、B2这4个点的检测后，横向直线运动单元3运动，当O1点与O点重合后，横向直线运动单元3的伺服电机停止，Y1轴与Y轴重合，图6f所示的为送检动作结束时的状态，A1点、B1点、A2点、 B2点在YOX坐标系中X轴的坐标得以确定，而A点和B点在YOX坐标系Y轴上的坐标是已知的，分别是(0，L/2)、(0，-L/2)，于是A1点坐标为(xA1，L/2)，B1点的坐标为 (xB1，-L/2)，A2点的坐标为(xA2，L/2)，B2点的坐标为(xB2，-L/2)；而工件被检测边的半长轴a、半短轴b及焦距是已知的，设此时焦点F1的坐标为(x1，y1)，焦点F2的坐标为(x2，y2)，于是可得如下方程组：
Figure BDA0002705683320000141
Figure BDA0002705683320000142
Figure BDA0002705683320000143
Figure BDA0002705683320000144
Figure BDA0002705683320000145
求得F1和F2的坐标后，可求得椭圆长轴在YOX坐标系中的方程，进而可求得椭圆长轴与Y轴的夹角β，此角即为椭圆长轴的偏转角，并可求出焦点F1到O点的距离R：
Figure BDA0002705683320000146
控制系统将回转方向及回转角度β的数值发送给数控回转机构2的伺服控制器，数控回转机构2电机按指令回转，Y轴、Y1轴、Y2轴重合，椭圆长轴与Y轴平行，椭圆长轴的偏转角得以消除，待计算的是椭圆的横向位置偏差与纵向位置偏差。如图6g所示，图中双点划线椭圆为偏转角找正前工件6的位置，实线椭圆为偏转角找正后工件6的位置，F1’为椭圆焦点F1偏转角找正完成时的新位置，根据图6g的几何关系，可求得椭圆长轴到Y 轴的距离H和椭圆焦点F1＇到O点的距离M：
Figure BDA0002705683320000151
Figure BDA0002705683320000152
至此，椭圆的横向位置偏差与纵向位置偏差已完全确定，此后对椭圆的横向位置偏差和纵向位置偏差的找正，与圆形(圆弧形)工件6的找正方式类似，即通过数控横向直线运动单元3和数控纵向直线运动单元4将工件6焦点送到理想位置，具体步骤如下：
数控横向直线运动单元3横向移动距离为|H|，使工件6两个焦点在YOX坐标系中的坐标为0，工件6横向位置偏差得以找正；
设工件6在下一工位理想位置时，椭圆焦点F1到X轴的距离为U，数控纵向直线运动单元4纵向移动距离为|U-M|，使工件6两个焦点与理想位置的焦点重合，工件6纵向位置偏差得以找正，同时工件6送达下一工位。
同样，当工件6的偏转方向如图6h时，与被检测边为直线的工件6的情况类似，二号传感器122的B点先检测到工件6椭圆外廓上的一点B'，之后在一号传感器121的A点检测到工件6椭圆外廓上的另一点A'，这种情况下，工件6椭圆的各项偏差值的计算原理与上述一号传感器121的A点先检测到工件6椭圆外廓上的一点的情况是相同的，控制系统只需根据两个传感器检测到工件6的顺序，即可判断出工件6椭圆长轴角度偏差的方向，即：出现一号传感器121先检测到椭圆外廓上一点的情况，偏转角找正时，数控回转机构2 顺时针旋转消除工件6偏转角，而出现二号传感器122先检测到椭圆外廓上一点的情况，偏转角找正时，数控回转机构逆时针旋转消除工件6偏转角。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台，其特征在于：包括传感器组件、数控横向直线运动单元、数控纵向直线运动单元、机座和工件支承盘；数控纵向直线运动单元安装固定在机座上；数控横向直线运动单元安装在数控纵向直线运动单元上，数控纵向直线运动单元与数控横向直线运动单元的运动方向相互垂直；工件支承盘安装在数控横向直线运动单元上；传感器组件包括传感器支架和两个传感器，传感器安装在传感器支架上；两个传感器的感测点均位于数控纵向直线运动单元的中轴线上，且呈前后设置。
2.根据权利要求1所述的利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台，其特征在于：所述的工作台还设置有数控回转机构，数控回转机构安装在数控横向直线运动单元上，工件支承盘和数控回转机构连接，数控回转机构驱动工件支承盘转动。
3.根据权利要求1所述的利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台，其特征在于：所述的工件支承盘为真空吸盘、电磁吸盘或者压板式工件支承盘；所述的传感器为光电传感器、光纤传感器、激光传感器、超声波传感器或者是接近开关。
4.根据权利要求1所述的利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台，其特征在于：所述的数控横向直线运动单元和数控纵向直线运动单元的执行机构为带位置感测功能的丝杠螺母机构、齿轮齿条机构、链传动机构、带传动机构、凸轮导杆机构、连杆机构、油缸、直线电机或者直线运动模组。
5.根据权利要求2所述的利用传感器检测工件位置偏差和找正的工作台，其特征在于：还包括控制系统，传感器、数控回转机构、数控横向直线运动单元、数控纵向直线运动单元均与控制系统电连接。
6.一种利用传感器检测工件位置偏差和找正的方法，其特征在于：采用权利要求1-5任一权利要求所述的工作台，步骤如下：
设：X1轴、Y1轴为工件支承盘的中心线，O1点为工件支承盘的回转中心点，X1轴垂直于Y1轴，并且X1轴和Y1轴相交于O1点；X轴为数控横向直线运动单元的中轴线，与X1轴重合；Y轴为数控纵向直线运动单元的中轴线，与Y1轴平行，Y轴与X轴垂直相交于O点；两个传感器的感测点之间的距离为L；
一、被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤如下：
设：X2轴为过O1点的垂直于工件被检测边的轴线，Y2轴为过O1点的平行于工件被检测边的轴线；所述的工作台还设置有数控回转机构，工件支承盘和数控回转机构连接，数控回转机构驱动工件支承盘转动；
(1)送检过程：
将工件上件到工件支承盘并触发送检：数控纵向直线运动单元不动，数控横向直线运动单元将工件支承盘和其上的工件移动到传感器感测区，第一个传感器检测到工件被检测边上的一点，此时Y1轴与Y轴的距离S1即为该点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第二个传感器检测到工件被检测边上的另一点，同样，此时Y1轴与Y轴的距离S2即为该点与O1点的X轴向距离；
数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，直至O1点与O点重合、Y1轴与Y轴重合，送检动作结束；根据S1与S2，计算出两个被检测到的点之间X向的距离S＝S1-S2，再计算出工件的偏转角β为：
Figure FDA0002705683310000021
根据几何关系，可求得被检测边到O1点的距离K为：
Figure FDA0002705683310000022
(2)偏转角找正过程：
根据偏转角β的数值，数控回转机构驱动工件支承盘回转，回转停止时，Y轴、Y1轴、Y2轴重合，Y2O1X2坐标系、Y1O1X1坐标系及YOX坐标系三个坐标系重合，工件的偏转角得以消除；此时，工件被检测边平行于Y轴，且到Y轴的距离为K，且工件被检测边在Y2O1X2坐标系中的X2轴上的坐标，即是工件被检测边在YOX坐标系中X轴上的坐标，其坐标值为xK；
(3)横向找正过程：
偏转角找正完成，启动工件的横向找正，横向找正分为对边找正、对中心线找正或者对中心点找正：
对边找正：设工件在下一工位理想位置时，被检测边平行于Y轴且与Y轴的距离为H，其在X轴上的坐标值为xH；数控横向直线运动单元动作，使工件移动距离为|xK-xH|，完成工件的横向找正；
对中心线找正：设被检测边到工件中心线的距离为T，设该工件中心线在X轴上的坐标值为xT，设工件在下一工位的理想位置时，中心线到Y轴在X轴向的距离为P，其在X轴上的坐标值为xP；数控横向直线运动单元动作，使工件中心线移动距离为|xP-xT|，便完成工件的横向对中心线找正；
对中心点找正：设被检测边到工件中心点的距离为T’，设该工件中心点在X轴上的坐标值为xT′设工件在下一工位的理想位置时，中心点到Y轴在X轴向的距离为P’，其在X轴上的坐标值为xP′；数控横向直线运动单元动作，使工件中心点移动距离为|xP′-xT′|，便完成工件的横向对中心点找正；
(4)纵向找正过程：
横向找正完成后，数控纵向直线运动单元使工件沿Y轴向下一工位理想位置方向移动，工件上设有辅助边，当第二个传感器检测到辅助边上的一点后，数控纵向直线运动单元再行走固定距离，使得工件到达下一工位理想位置；
二、被检测边为圆弧形或圆形的工件检测位置偏差和找正步骤如下：
(1)送检过程：
将工件上件到工件支承盘并触发送检：数控纵向直线运动单元不动，数控横向直线运动单元将工件支承盘和其上的工件移动到传感器感测区，第一个传感器检测到工件被检测边上的一点，此时Y1轴与Y轴的距离xA即为该点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第二个传感器检测到工件被检测边上的另一点，同样，此时Y1轴与Y轴的距离xB即为该点与O1点的X轴向距离；
数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，直至O1点与O点重合、Y1轴与Y轴重合，送检动作结束，两个传感器的感测点在YOX坐标系的Y轴上的坐标分别是(0，L/2)和(0，-L/2)，于是两个被检测到的点的坐标分别为(xA，L/2)和(xB，-L/2)，被检测边的半径为R，于是可得如下方程组：
Figure FDA0002705683310000031
Figure FDA0002705683310000032
在x的两个解中选取绝对值小的一个，并以x的这个解，求得对应的y的值，计算出工件此时位置圆心在YOX坐标系的坐标Ogj(x，y)；
(2)找正过程：
通过数控横向直线运动单元和数控纵向直线运动单元的动作，使工件的圆心坐标，与工件在下一工位理想位置时的圆心坐标重合，从而使被检测边为圆弧形或圆形的工件得以找正；
三、被检测边为椭圆形的工件检测位置偏差和找正步骤如下：
设Y2轴为过O1点的平行于椭圆长轴的轴线；所述的工作台还设置有数控回转机构，工件支承盘和数控回转机构连接，数控回转机构驱动工件支承盘回转；；
(1)送检过程：
将工件上件到工件支承盘并触发送检：数控纵向直线运动单元不动，数控横向直线运动单元将工件支承盘和其上的工件移动到传感器感测区；第一个传感器检测到工件被检测边上的一点，此时Y1轴与Y轴的距离xA1即为该点与O1点的X轴向距离；之后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第二个传感器检测到工件被检测边上的第二点，此时Y1轴与Y轴的距离xB1即为该点与O1点的X轴向距离；再之后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第一个传感器又感应到工件被检测边上的第三点，此时Y1轴与Y轴的距离xA2即为该点与O1点的X轴向距离；最后，数控横向直线运动单元继续移动工件支承盘，第二个传感器感应到工件被检测边上的第四点，此时Y1轴与Y轴的距离xB2即为该点与O1点的X轴向距离；完成以上四个点的检测后，横向直线运动单元运动，当O1点与O点重合后、Y1轴与Y轴重合后，送检动作结束；两个传感器的感测点在YOX坐标系的Y轴上的坐标分别是(0，L/2)和(0，-L/2)，则以上四个被检测到点在YOX坐标系中的坐标分别为：(xA1，L/2)、(xB1，-L/2)、(xA2，L/2)、(xB2，-L/2)；工件被检测边的半长轴为a，半短轴为b，工件椭圆两个焦点为F1和F2，此时位置时焦点F1的坐标为(x1，y1)，焦点F2的坐标为(x2，y2)，于是可得如下方程组：
Figure FDA0002705683310000041
Figure FDA0002705683310000042
Figure FDA0002705683310000043
Figure FDA0002705683310000044
Figure FDA0002705683310000045
求得F1和F2的坐标后，再求得椭圆长轴与Y轴的夹角β，此角即为椭圆长轴的偏转角，并求出焦点F1到O点的距离R：
Figure FDA0002705683310000046
(2)偏转角找正过程：
根据偏转角β的数值，数控回转机构驱动工件支承盘回转，Y轴、Y1轴、Y2轴重合，椭圆长轴与Y轴平行，椭圆长轴的偏转角得以消除；
(3)横向和纵向找正过程：
计算偏转角找正后工件椭圆长轴到Y轴的距离H和椭圆焦点F1’到O点的距离M：
Figure FDA0002705683310000047
Figure FDA0002705683310000051
数控横向直线运动单元横向移动距离为|H|，使工件两个焦点在YOX坐标系中的X轴坐标为0，工件横向位置偏差得以找正；
设工件在下一工位理想位置时，其椭圆焦点F1到X轴的距离为U，数控纵向直线运动单元纵向移动距离为|U-M|，使工件两个焦点与理想位置的焦点重合，工件纵向位置偏差得以找正。
7.根据权利要求6所述的利用传感器检测工件位置偏差和找正的方法，其特征在于：被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤中，极端情况下会出现工件上件没有偏转角，此状态下，两个传感器会同时检测到工件被检测边上的两个点，此时跳过偏转角找正过程，直接启动横向找正过程。
8.根据权利要求6所述的利用传感器检测工件位置偏差和找正的方法，其特征在于：被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤中，数控纵向直线运动单元行走的固定距离数值设定为：工件在下一工位理想位置时，辅助边与Y轴的交点到第二个传感器感测点的距离的数值即为固定距离数值。
9.根据权利要求6所述的利用传感器检测工件位置偏差和找正的方法，其特征在于：被检测边为直线的工件的检测位置偏差和找正步骤中，数控纵向直线运动单元行走的固定距离数值设定为：设第二个传感器的感测点与工件在下一工位理想位置时中心线的距离为C，辅助边到工件中心线的距离为V，固定距离数值则为|C-V|。
10.根据权利要求6所述的利用传感器检测工件位置偏差和找正的方法，其特征在于：被检测边为圆弧形或圆形的工件检测位置偏差和找正步骤中，找正过程中数控横向直线运动单元和数控纵向直线运动单元的动作步骤如下：数控横向直线运动单元横向移动距离为|x|，使工件圆心Ogj在YOX坐标系中的X坐标为0，工件横向位置偏差得以找正；数控纵向直线运动单元纵向移动距离为|W-y|，使工件圆心Ogj在YOX坐标系中的Y坐标为W，工件纵向位置偏差得以找正。
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