CN113878413B - 一种抛光防撞磁流变抛光机与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抛光防撞磁流变抛光机与控制方法，包括控制器、抛光轮、支架、气缸、抛光机床、伺服电机和测距仪，所述支架与抛光机床的运动主轴连接，所述抛光轮、伺服电机和气缸固定连接在支架上，所述测距仪与气缸连接，伺服电机与抛光轮通过皮带连接，用于驱动抛光轮进行抛光运动，测距仪通过传输电缆与控制器连接，所述测距仪用于测量工件表面和抛光轮到工作台的位置信息以供控制器计算抛光轮不接触工件的最大可达范围。本发明能预防工件与抛光轮碰撞，以免造成工件和抛光轮损伤。

Description

一种抛光防撞磁流变抛光机与控制方法
技术领域
本发明涉及抛光设备技术领域，具体涉及一种抛光防撞磁流变抛光机与控制方法。
背景技术
磁流变抛光技术利用磁流变液在磁场作用下的可控流变特性抛光工件，被誉为光学制造界的革命性技术，正逐渐在重大光学工程、光刻机系统、天文学等领域得到推广应用，轮式磁流变抛光机床是磁流变抛光技术实现确定性超精密抛光的载体，应用于平面、曲面等各类元件的抛光，可实现表面光洁度优于1nm、面形精度RMS值可优于1/40波长。抛光轮是轮式磁流变抛光机的核心部件，将附着与抛光轮上的磁流变抛光液形成抛光缎带、对工件进行抛光去除，直接影响抛光质量。
目前的轮式磁流变抛光机床，由于抛光程序错误、人工操作失误等因素，可导致抛光轮与工件发生接触碰撞，导致抛光轮和工件损坏，设备修复时间长、成本高，从而带来较大的经济损失。针对该问题，目前的轮式磁流变抛光机床，缺乏系统解决抛光轮接触碰撞问题的技术手段。
在磁流变抛光工艺过程中，抛光轮和工件间为具有一定厚度的柔性抛光缎带，依靠抛光锻带实现对工件的抛光去除，抛光轮与工件不直接接触。
发明内容
目的在于提供一种抛光防撞磁流变抛光机与控制方法，解决了目前的轮式磁流变抛光机床，由于抛光程序错误、人工操作失误等因素，可导致抛光轮与工件发生接触碰撞，导致抛光轮和工件损坏，设备修复时间长、成本高，从而带来较大的经济损失的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种抛光防碰撞系统，其特征在于，包括控制器、抛光轮、支架、气缸、抛光机床、伺服电机和测距仪，所述支架与抛光机床的运动主轴连接，所述抛光轮、伺服电机和气缸固定连接在支架上，所述测距仪与气缸连接，伺服电机与抛光轮通过皮带连接，用于驱动抛光轮进行抛光运动，测距仪通过传输电缆与控制器连接，所述测距仪用于测量工件表面和抛光轮到工作台的位置信息以供控制器计算抛光轮不接触工件的最大可达范围并发送至抛光机床，抛光机床控制抛光轮在最大可达范围内移动不与工件碰撞。
进一步的，还包括抛光轮驱动器，所述抛光轮驱动器通过传输电缆分别与控制器和伺服电机连接，用于将抛光轮的转速和电流信息传递给控制器。
进一步的，还包括工作台和装夹工装，所述装夹工装安装在工作台上，所述装夹工装设置有压力传感器，所述压力传感器通过传输电缆与控制器连接。
进一步的，还包括磁流变抛光液和磁铁，所述磁流变抛光液依附在抛光轮上，所述磁铁固定在抛光轮上，用于使磁流变抛光液转变为柔性的抛光锻带。
还提供了一种抛光防撞控制方法，包括如下操作：
通过测距仪获取测量的工件端面的位置和抛光轮的位置，根据抛光轮与工作端面的相对位置关系，计算抛光轮不接触工件的最大可达范围并发送至抛光机床，抛光机床控制抛光轮在最大可达范围内移动不与工件碰撞。
进一步的，通过驱动器实时监测并获取抛光轮驱动电流和抛光轮的转速。
进一步的，以抛光稳定运行时的驱动电流作为基准，设定抛光轮稳定运行时抛光轮驱动电流的安全阈值，当驱动电流超过设定阈值时，停止抛光运动，保护抛光轮和工件。
进一步的，在装夹工装上设置安装有压力传感器，通过所述压力传感器获取工件所受的压力信息。
进一步的，根据所述工件所受的压力信息以压力传感器示值稳定时的压力值为基准，当压力传感器示值增大时，则判断抛光轮为与工件异常接触，停止抛光轮运动。
进一步的，在测距仪测量工件端面的位置和抛光轮的位置之前，将工件安装在装夹工装上，关闭限位保护，将压力传感器的压力值清零。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.控制器根据测距仪测量的抛光轮位置和工件表面位置信息计算抛光轮工作最大可达范围，并发送至抛光机床，抛光机床控制抛光轮在最大可达范围内移动不与工件碰撞。
2.控制器实时监测抛光轮驱动电流和转动速度、设定安全阈值，在接触碰撞发生时，监测到驱动电流超设定安全阈值停止运动，保护抛光轮。
3.控制器实时监测压力传感器的测量数据，在接触碰撞发生时，监测到压力传感器示值增大时停止运动，保护抛光轮，起到安全冗余保护的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本发明抛光防碰撞系统的结构图；
图2为本发明驱动器工作时的电流状态图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-抛光轮工作时的驱动电流下限，2-抛光轮工作时的驱动电流上限，3-抛光轮工作时的设定阈值，4-启动时的最大驱动电流，5-降速停止时的驱动电流，6-抛光轮，7-磁流变抛光液，8-支架，9-测距仪，10-抛光轮驱动器，11-控制器，12-磁铁，13-气缸，14-装夹工装,15- 工件,16-压力传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
一种抛光防碰撞磁流变抛光机与控制方法，如图1-图2所示，包括控制器11、抛光轮6、支架8、抛光机床、伺服电机、气缸13和测距仪9，测距仪9可选择接触式位移传感器，也可以选择激光非接触式位移传感器，支架与抛光机床的运动主轴连接，抛光轮6、伺服电机和气缸13固定连接在支架8上，气缸13与测距仪9连接，伺服电机与抛光轮通过皮带连接，用于驱动抛光轮6进行抛光运动，测距仪通过传输电缆与控制器11连接，测距仪用于测量工件表面和抛光轮到工作台的位置信息以供控制器计算抛光轮不接触工件的最大可达范围。
较佳地，还包括抛光轮驱动器10，抛光轮驱动器10通过传输电缆分别与控制器11和伺服电机连接，用于将抛光轮的转速和电流信息传递给控制器11。
较佳地，还包括工作台和装夹工装14，装夹工装14安装在工作台上，装夹工装14设置有压力传感器16，压力传感器16通过传输电缆与控制器连接。
较佳地，还包括磁流变抛光液7和磁铁，磁流变抛光液依附在抛光轮上，磁铁12固定在抛光轮上，用于使磁流变抛光液转变为柔性的抛光锻带，磁铁12可选择用电磁铁或永磁铁，磁铁作用于抛光轮底部，使磁流变抛光液由流体态变为Bingham体、形成抛光缎带，抛光缎带远离磁铁的作用区域时由Bingham体变为流体态，从而便于回收循环利用。
本发明还提供了一种抛光防撞控制方法，该方法编写成程序导入控制器中，包括如下操作：
通过测距仪获取测量的工件端面的位置和抛光轮的位置，根据抛光轮与工作端面的相对位置关系，计算抛光轮不接触工件的最大可达范围。
较佳地，通过抛光轮驱动器10实时监测并获取抛光轮驱动电流和抛光轮的转速。
较佳地，以抛光稳定运行时的驱动电流作为基准，设定抛光轮稳定运行时抛光轮驱动电流的安全阈值，当驱动电流超过设定阈值时，停止抛光运动，保护抛光轮和工件。监测到抛光轮转速稳定后(t1时刻),根据抛光轮工作时的驱动电流上限Iu，计算得到抛光轮工作时的驱动电流设定阈值为Iu+δI，抛光轮发生意外接触碰撞时，驱动电流值会急剧增大、超过设定阈值Iu+δI，抛光轮停止运动，保护抛光轮和工件。
较佳地，在装夹工装上设置安装有压力传感器，通过所述压力传感器获取工件所受的压力信息。
较佳地，根据所述工件所受的压力信息以压力传感器示值稳定时的压力值为基准，当压力传感器示值增大时，工件与抛光轮碰撞时，压力值会突变，则判断抛光轮为与工件异常接触，停止抛光轮运动。
较佳地，在测距仪测量工件端面的位置和抛光轮的位置之前，将工件安装在装夹工装上，关闭限位保护，将压力传感器的压力值清零。
人工将工件安装在装夹工装上，确定安装后，使用控制器将压力传感器的示值清零，然后测距仪在气缸的作用下，在z轴方向上移动，测量工件表面和抛光轮到工作台的位置信息，将位置信息发送给控制器，控制器通过计算得到限定保护范围和抛光轮可允许运动的最低点位置，驱动抛光后，抛光轮驱动器控制伺服电机驱动抛光轮做抛光运动，抛光轮驱动器可以将抛光轮的转速信息和抛光过程中的电流情况传输给控制器，控制器实时检测抛光轮的运动情况并建立安全阈值，当驱动电流超过安全阈值时，停止抛光运动，保护抛光轮和工件，装夹工装上的压力传感器会实时监控工件所受的压力值，并将压力信息通过传输线缆传递给控制器，工件与抛光轮碰撞时，压力值会突变，控制器检测到突变的压力值后，停止抛光运动，保护抛光轮和工件。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种抛光防撞磁流变抛光机，其特征在于，包括控制器(11)、抛光轮(6)、支架(8)、气缸(13)、抛光机床、伺服电机和测距仪(9)，所述支架(8)与抛光机床的运动主轴连接，所述抛光轮(6)、伺服电机和气缸(13)固定连接在支架(8)上，所述测距仪(9)与气缸(13)连接，伺服电机与抛光轮(6)通过皮带连接，用于驱动抛光轮(6)进行抛光运动，测距仪(9)通过传输电缆与控制器(11)连接，所述测距仪(9)用于测量工件表面和抛光轮(6)到工作台的位置信息以供控制器(11)计算抛光轮(6)不接触工件的最大可达范围并发送至抛光机床，抛光机床控制抛光轮(6)在最大可达范围内移动不与工件碰撞；
还包括抛光轮驱动器(10)，所述抛光轮驱动器(10)通过传输电缆分别与控制器(11)和伺服电机连接，通过抛光轮驱动器(10)实时监测并获取抛光轮驱动电流和抛光轮的转速，并将抛光轮(6)的转速和电流信息传递给控制器(11)；
还包括工作台和装夹工装(14)，所述装夹工装(14)安装在工作台上，所述装夹工装(14)设置有压力传感器(16)，所述压力传感器(16)获取工件所受的压力信息，并通过传输电缆与控制器(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种抛光防撞磁流变抛光机，其特征在于，还包括磁流变抛光液(7)和磁铁(12)，所述磁流变抛光液(7)依附在抛光轮(6)上，所述磁铁(12)固定在抛光轮(6)上，用于使磁流变抛光液(7)转变为柔性的抛光锻带。
3.一种抛光防撞控制方法，采取如权利要求1-2中任一项所述的一种抛光防撞磁流变抛光机，其特征在于，包括如下操作：
通过测距仪获取测量的工件端面的位置和抛光轮(6)的位置，根据抛光轮(6)与工作端面的相对位置关系，计算抛光轮(6)不接触工件的最大可达范围并发送至抛光机床，抛光机床控制抛光轮(6)在最大可达范围内移动不与工件碰撞；
以抛光稳定运行时的驱动电流作为基准，设定抛光轮(6)稳定运行时抛光轮驱动电流的安全阈值，当驱动电流超过设定阈值时，停止抛光运动，保护抛光轮(6)和工件；
根据所述工件所受的压力信息以压力传感器(16)示值稳定时的压力值为基准，当压力传感器(16)示值增大时，则判断抛光轮(6)为与工件异常接触，停止抛光轮(6)运动。
4.根据权利要求3所述的一种抛光防撞控制方法，其特征在于，在测距仪测量工件端面的位置和抛光轮的位置之前，将工件安装在装夹工装上，关闭限位保护，将压力传感器的压力值清零。
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