CN113894618B - 一种磁式非接触式探针系统、探针及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁式非接触式探针系统、探针及测量方法，属于机床零件精密加工坐标系位置测量技术领域。解决了现有数控机床采用试切法或接触式探针设置零件的加工坐标系，试切法会在零件表面留下切削痕迹，且对刀精度较低以及接触式探针成本高、纤细的探针在受到较大作用力出现弯曲或损伤的技术问题。其技术方案为：磁式非接触式探针系统包括磁性发生器、磁性监测系统和数据分析系统；磁式非接触式探针包括永磁体、应变片、连接杆和连接架；测量方法包括探针对工件前后左右方向的测量和探针远离工件，向工件以下方向的测量。本发明的有益效果为：实现与磁性零件非接触的情况下，获得零件的精确位置，且受力较小，制造成本低，实现自动化对刀。

Description

一种磁式非接触式探针系统、探针及测量方法
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种磁式非接触式探针系统、探针及测量方法。
背景技术
数控机床是一种根据数控程序实现对零件精密加工的自动化机床。在进行数控加工之前需要设置零件的加工坐标系，使机床可以正确找到零件并对其进行精密加工。而目前数控机床多采用试切法或接触式探针设置零件的加工坐标系，试切法方法简单方便，但是会在零件表面留下切削痕迹，且对刀精度较低。接触式探针基本可以实现自动化、对刀精度高，但是探针的成本高，且由于是接触式的，较为纤细的探针在受到较大作用力极易出现弯曲或损伤等情况。
如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁式非接触式探针系统、探针及测量方法，该磁式非接触式探针系统可以实现与磁性零件非接触的情况下，获得零件的精确位置，且受力较小，装置制造成本低，可以实现自动化对刀。
本发明是通过如下措施实现的：一种磁式非接触式探针系统，其中，包括磁性发生器、磁性监测系统和数据分析系统。
所述磁性发生器的输出端连接所述磁性监测系统的接口，所述磁性监测系统的数据信号传输端口连接于数据分析系统的控制端口。
所述磁性发生器在小范围内产生一定量磁场，并由机床的运动系统带动该磁场逐渐靠近磁性零件，当磁场与磁性零件接近时会使该定量磁场发生变化，由磁性监测系统监测磁场变化并将数据信息传递给数据分析系统，数据分析系统根据磁场的变化进行数据处理和数据分析判断出磁性零件与磁场的距离信息，并将判断出的磁性零件与磁场的距离信息传递给数控机床系统，数控机床系统设置相应的补偿参数。
所述定量磁场在逐渐逼近磁性零件的过程中，产生多组数据，由数据分析系统对多组数据进行分析，获得磁性零件准确位置信息。
作为本发明提供一种磁式非接触式探针进一步优化方案，其中，包括永磁体、应变片、连接杆和连接架。
所述永磁体为一个球体且直径与所述连接架内切圆的直径相等。
所述连接架为正方体框架，其中五个面与所述应变片黏贴，剩余一个面与所述连接杆连接，所述连接杆与数控机床的刀架连接，其运动由数控机床控制。
作为本发明提供一种磁式非接触式探针进一步优化方案，所述永磁体曲面与所述正方体框架内侧面点接触。
作为本发明提供一种磁式非接触式探针进一步优化方案，所述应变片形状为若干个L形结构首尾连接构成，且若干个L形结构分别均匀布置在所述连接架的四个周向侧面和底面上，其顶面连接于所述连接杆。
为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种磁式非接触式探针系统、探针的测量方法，其中，包括以下步骤：
探针靠近工件，对工件前后左右方向的测量：
步骤一，由于磁式非接触式探针系统的磁性发生器在小范围内产生一定量磁场，数控机床带动探针逐渐靠近磁性零件，当磁场与磁性零件接近时会使该定量磁场发生变化，当永磁体与磁性零件靠近时，由于两个磁体间的磁力作用，使磁性零件与永磁体相吸；
步骤二，在磁性零件被固定的状态下，永磁体会向磁性零件的方向发生位移，由于连接架和应变片的限制作用，永磁体会将两个磁体间的吸力作用在应变片上，使应变片发生形变，应变片发生形变的大小与两个磁体的距离有关；
步骤三，通过测量应变片的变化值得到磁吸力的大小，从而计算获得两个磁体的距离，当永磁体与磁性零件距离较远时，永磁体位于中心位置不变；
步骤四，定量磁场在逐渐逼近磁性零件的过程中，产生多组数据，由数据分析系统对多组数据进行分析，获得磁性零件准确位置信息；
探针远离工件，向工件以下方向的测量：
由于重力的影响，永磁体会对与重力一致方向的应变片作用，使该方向的应变片发生形变，在探测时，需要校正该方向应变片零点位置，以获得磁性零件的位置数据。
作为本发明提供的一种磁式非接触式探针系统、探针及测量方法进一步优化方案，所述步骤一中，磁性零件与永磁体相吸后磁性监测系统监测磁场变化并将数据信息传递给数据分析系统，数据分析系统根据磁场的变化进行数据处理和数据分析判断出磁性零件与磁场的距离信息，并将判断出的磁性零件与磁场的距离信息传递给数控机床系统，数控机床系统设置相应的补偿参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)精度高：探针随着机床的移动系统运动，逐渐靠近待加工零件，在这个动态过程中，获得一系列的位置数据，可以确保探针获得的数据是准确的。
(2)探针制造简单，生产成本低：探针仅需要永磁体和应变片，通过测去应变的实时数据，计算即可获得精确的零件位置。
(3)非接触式：探针只要靠近待加工零件即可，不需要接触。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明中永磁体与连接架位置关系的结构示意图。
图2为本发明中连接架与布置在其侧面的应变片之间的位置关系结构示意图。
图3为本发明磁式非接触式探针的结构示意图。
图4为本发明的磁式非接触式探针沿其永磁体竖直径向方向剖面示意图。
图5为本发明的磁式非接触式探针靠近工件的示意图。
图6为本发明的磁式非接触式探针远离工件的示意图。
其中，附图标记为：1、永磁体；2、应变片；3、连接杆；4、连接架；5、磁性零件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
参见图1至图6，本发明提供其技术方案为，一种磁式非接触式探针系统，其中，包括磁性发生器、磁性监测系统和数据分析系统；
磁性发生器的输出端连接磁性监测系统的接口，磁性监测系统的数据信号传输端口连接于数据分析系统的控制端口；
磁性发生器在小范围内产生一定量磁场，并由机床的运动系统带动该磁场逐渐靠近磁性零件5，当磁场与磁性零件5接近时会使该定量磁场发生变化，由磁性监测系统监测磁场变化并将数据信息传递给数据分析系统，数据分析系统根据磁场的变化进行数据处理和数据分析判断出磁性零件5与磁场的距离信息，并将判断出的磁性零件5与磁场的距离信息传递给数控机床系统，数控机床系统设置相应的补偿参数；
定量磁场在逐渐逼近磁性零件5的过程中，产生多组数据，由数据分析系统对多组数据进行分析，获得磁性零件5准确位置信息。
优选地，其中，包括永磁体1、应变片2、连接杆3和连接架4。
永磁体1为一个球体且直径与连接架4内切圆的直径相等。
连接架4为正方体框架，其中五个面与应变片2黏贴，剩余一个面与连接杆3连接，连接杆3与数控机床的刀架连接，其运动由数控机床控制。
优选地，永磁体1曲面与正方体框架内侧面点接触。
优选地，应变片2形状为若干个L形结构首尾连接构成，且若干个L形结构分别均匀布置在连接架4的四个周向侧面和底面上，其顶面连接于连接杆3。
为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种磁式非接触式探针系统、探针的测量方法，其中，包括以下步骤：
探针靠近工件，对工件前后左右方向的测量：
步骤一，由于磁式非接触式探针系统的磁性发生器在小范围内产生一定量磁场，数控机床带动探针逐渐靠近磁性零件5，当磁场与磁性零件5接近时会使该定量磁场发生变化，当永磁体1与磁性零件靠近时，由于两个磁体间的磁力作用，使磁性零件5与永磁体1相吸；
步骤二，在磁性零件5被固定的状态下，永磁体1会向磁性零件5的方向发生位移，由于连接架4和应变片2的限制作用，永磁体1会将两个磁体间的吸力作用在应变片2上，使应变片2发生形变，应变片2发生形变的大小与两个磁体的距离有关；
步骤三，通过测量应变片2的变化值得到磁吸力的大小，从而计算获得两个磁体的距离，当永磁体1与磁性零件5距离较远时，永磁体1位于中心位置不变；
步骤四，定量磁场在逐渐逼近磁性零件5的过程中，产生多组数据，由数据分析系统对多组数据进行分析，获得磁性零件5准确位置信息；
探针远离工件，向工件以下方向的测量：
由于重力的影响，永磁体1会对与重力一致方向的应变片2作用，使该方向的应变片2发生形变，在探测时，需要校正该方向应变片2零点位置，以获得磁性零件5的位置数据。
作为本发明提供的一种磁式非接触式探针系统、探针及测量方法进一步优化方案，步骤一中，磁性零件5与永磁体1相吸后磁性监测系统监测磁场变化并将数据信息传递给数据分析系统，数据分析系统根据磁场的变化进行数据处理和数据分析判断出磁性零件5与磁场的距离信息，并将判断出的磁性零件5与磁场的距离信息传递给数控机床系统，数控机床系统设置相应的补偿参数。
本发明的工作原理：本发明的非接触式探针系统是通过检测磁场的变化来确定磁性零件5的位置的，一个定量磁场在靠近磁性零件5后，磁场会发生变化，磁场的变化与距离的三次方成反比，因此通过精确测量磁场的变化即可计算出磁场与磁性零件5的距离，基于该非接触式探针系统发明了非接触式探针，该探针由永磁体1和应变片2组成，永磁体1受到磁性零件5的影响，会产生吸力且作用在应变片2上，应变片2受到力后其电阻值发生相应的变化，将应变片2连接至电路中，测得电压即可得到永磁体1对应变片2的作用力F，该作用力F是磁极强度与磁场强度的乘积，而磁极强度一定，磁场强度与永磁体1与磁性零件5的距离三次方成反比。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种磁式非接触式探针系统，其特征在于，包括磁性发生器、磁性监测系统和数据分析系统；
所述磁性发生器的输出端连接所述磁性监测系统的接口，所述磁性监测系统的数据信号传输端口连接于数据分析系统的控制端口；
所述磁性发生器在小范围内产生一定量磁场，并由机床的运动系统带动该磁场逐渐靠近磁性零件（5），当磁场与磁性零件（5）接近时会使该定量磁场发生变化，由磁性监测系统监测磁场变化并将数据信息传递给数据分析系统，数据分析系统根据磁场的变化进行数据处理和数据分析判断出磁性零件（5）与磁场的距离信息，并将判断出的磁性零件（5）与磁场的距离信息传递给数控机床系统，数控机床系统设置相应的补偿参数；
所述定量磁场在逐渐逼近磁性零件（5）的过程中，产生多组数据，由数据分析系统对多组数据进行分析，获得磁性零件（5）准确位置信息；
包括永磁体（1）、应变片（2）、连接杆（3）和连接架（4）；
所述永磁体（1）为一个球体且直径与所述连接架（4）内切圆的直径相等；
所述连接架（4）为正方体框架，其中五个面与所述应变片（2）黏贴，剩余一个面与所述连接杆（3）连接，所述连接杆（3）与数控机床的刀架连接，其运动由数控机床控制；
所述永磁体（1）曲面与所述正方体框架内侧面点接触；
所述应变片（2）形状为若干个L形结构首尾连接构成，且若干个L形结构分别均匀布置在所述连接架（4）的四个周向侧面和底面上，其顶面连接于所述连接杆（3）；
所述的磁式非接触式探针系统、探针的测量方法，包括以下步骤：
探针靠近工件，对工件前后左右方向的测量：
步骤一，由于磁式非接触式探针系统的磁性发生器在小范围内产生一定量磁场，数控机床带动探针逐渐靠近磁性零件（5），当磁场与磁性零件（5）接近时会使该定量磁场发生变化，当永磁体（1）与磁性零件靠近时，由于两个磁体间的磁力作用，使磁性零件（5）与永磁体（1）相吸；
步骤二，在磁性零件（5）被固定的状态下，永磁体（1）会向磁性零件（5）的方向发生位移，由于连接架（4）和应变片（2）的限制作用，永磁体（1）会将两个磁体间的吸力作用在应变片（2）上，使应变片（2）发生形变，应变片（2）发生形变的大小与两个磁体的距离有关；
步骤三，通过测量应变片（2）的变化值得到磁吸力的大小，从而计算获得两个磁体的距离，当永磁体（1）与磁性零件（5）距离较远时，永磁体（1）位于中心位置不变；
步骤四，定量磁场在逐渐逼近磁性零件（5）的过程中，产生多组数据，由数据分析系统对多组数据进行分析，获得磁性零件（5）准确位置信息；
探针远离工件，向工件以下方向的测量：
由于重力的影响，永磁体（1）会对与重力一致方向的应变片（2）作用，使该方向的应变片（2）发生形变，在探测时，需要校正该方向应变片（2）零点位置，以获得磁性零件（5）的位置数据；
所述步骤一中，磁性零件（5）与永磁体（1）相吸后磁性监测系统监测磁场变化并将数据信息传递给数据分析系统，数据分析系统根据磁场的变化进行数据处理和数据分析判断出磁性零件（5）与磁场的距离信息，并将判断出的磁性零件（5）与磁场的距离信息传递给数控机床系统，数控机床系统设置相应的补偿参数。
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