CN115056038A - 对刀断刀检测装置、对刀检测方法以及断刀检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种对刀断刀检测装置、对刀检测方法以及断刀检测方法。对刀断刀检测装置包括主轴，与主轴连接的刀具，治具以及将治具与外界隔开的绝缘层，对刀断刀检测装置还包括信号模块以及控制模块。信号模块与治具电连接，信号模块用于在刀具加工产品时感应主轴旋转产生的感应电信号。控制模块与主轴及信号模块电连接，控制模块用于记录主轴开始下行靠近产品的第一时间及记录信号模块感应到感应电信号的第二时间，控制模块还用于根据信号模块有无感应到感应电信号以及第一时间与第二时间的差值判断刀具的状态。本申请通过感应主轴旋转产生的感应电信号，分析出刀具的断刀与对刀状态，可兼容各种类型的主轴。

Description

对刀断刀检测装置、对刀检测方法以及断刀检测方法

技术领域

本申请涉及刀具检测技术领域，尤其涉及对刀断刀检测装置、对刀检测方法以及断刀检测方法。

背景技术

现有的对刀检测系统，多采用激光对刀仪检测或者接触式对刀检测。激光对刀仪检测采用激光测量的原理，首先旋转刀具遮蔽85％的激光光线，然后激光系统产生触发信号并传送至NC系统，NC系统记录此时的位置信息，系统根据位置信息计算刀具数据补偿。接触式对刀检测采用转子与定子绝缘的原理，在转子与定子之间设置分布电机电容以及震荡电路，以判断机床的钻孔状态。

现有的激光对刀仪检测存在侦测微小刀具或局部断刀时误差大的问题，接触式对刀检测存在必须满足气浮主轴设置电机电容的条件。陶瓷轴承和金属轴承没有这样的电机电容，无法使用接触式对刀检测。故需要设计一种同时满足气浮主轴、陶瓷轴承或者金属轴承的对刀断刀检测装置。如何解决上述问题，是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供一种对刀断刀检测装置，包括主轴，与所述主轴连接的刀具，与所述刀具配合的治具，以及将所述治具与外界隔开的绝缘层，所述对刀断刀检测装置还包括信号模块以及控制模块。所述信号模块与所述治具电连接，所述信号模块用于在所述刀具加工产品时感应所述主轴旋转产生的感应电信号。所述控制模块与所述主轴及所述信号模块电连接，所述控制模块用于记录所述主轴开始下行靠近所述产品的第一时间及记录所述信号模块感应到所述感应电信号的第二时间，所述控制模块还用于根据所述信号模块有无感应到感应电信号以及所述第一时间与所述第二时间的差值判断所述刀具的状态。

在一种可能的实施例中，所述控制模块还用于在接收到所述信号模块感应到感应电信号的反馈信号时，记录所述刀具的位置，以完成对刀。

在一种可能的实施例中，所述信号模块包括采集单元、处理单元以及输出单元，所述采集单元与所述治具电连接，所述采集单元用于感应所述主轴旋转产生的感应电信号，所述处理单元与所述采集单元电连接，所述处理单元用于将所述感应电信号转换为感测信号，所述输出单元一端与所述处理单元电连接，所述输出单元的另一端与所述控制模块电连接，所述输出单元用于将所述感测信号传递给所述控制模块。

在一种可能的实施例中，所述信号模块还包括滤波单元，所述滤波单元与所述采集单元及所述处理单元电连接，所述滤波单元用于对所述采集单元采集到的感应电信号进行滤波处理，并将过滤后的感应电信号传送给所述处理单元。

在一种可能的实施例中，所述信号模块还包括放大单元，所述放大单元与所述滤波单元及所述处理单元电连接，所述放大单元用于对经过滤波处理的感应电信号进行放大处理，并将放大后的感应电信号传送给所述处理单元。

在一种可能的实施例中，所述信号模块还包括显示单元，所述显示单元与所述控制模块及所述采集单元电连接，所述控制模块用于控制所述显示单元显示所述主轴的运动状态及所述感应电信号的感测状态。

在一种可能的实施例中，还包括半封闭的盒体，用于封闭所述盒体的上盖，所述上盖设置有开口，所述盒体与所述上盖配合形成容置腔，所述开口与所述容置腔连通，所述信号模块设置于所述容置腔中，所述显示单元设于所述开口位置。

在一种可能的实施例中，本申请还提供一种对刀检测方法，应用于对刀断刀检测装置，所述对刀断刀检测装置包括主轴、与所述主轴连接的刀具以及与所述刀具配合的治具，所述对刀检测方法包括：

采集所述刀具加工产品时所述主轴旋转产生的感应电信号；

将感应电信号转换为感测信号；

将接收到所述感测信号时所述刀具的位置，设置为所述刀具加工产品在机床坐标系中的起始坐标位置；

在一种可能的实施例中，本申请还提供一种断刀检测方法，应用于对刀断刀检测装置，所述对刀断刀检测装置包括主轴，与所述主轴连接的刀具以及与所述刀具配合的治具，所述断刀检测方法包括：

设置所述刀具从原始位置下降至加工位置的标准时间参数；

记录所述主轴开始下行的第一时间；

感应所述刀具加工产品时所述主轴旋转产生的感应电信号，并将感应到的感应电信号转换成感测信号；

记录所述信号模块感应到所述感应电信号的第二时间；

根据所述感测信号，所述标准时间参数以及所述第一时间与所述第二时间的差值判断所述刀具的状态。

在一种可能的实施例中，所述标准时间参数表示为T，所述第一时间与所述第二时间的差值表示为Ti，所述控制模块预先设定所述刀具下降的时间误差Tp，判断所述刀具的状态的方法包括：

当T-Tp<Ti<T+Tp，且所述控制模块收到所述感测信号时，所述控制模块判断刀具没有断刀，所述控制模块控制所述主轴正常运行；

当Ti>T+Tp，且所述控制模块没有收到所述感测信号时，所述控制模块判断刀具断刀，所述控制模块控制所述主轴停止运行；

当Ti<T-Tp，且所述控制模块收到所述感测信号时，所述控制模块判断刀具未安装到位，所述控制模块控制所述主轴停止运行。

相较于现有技术，本申请提供的对刀断刀检测装置，通过在治具设置绝缘层以及信号模块，在主轴旋转产生感应电信号时，由于治具与外界的其他物体不导电，从而使信号模块通过治具的传导采集到全部主轴产生的感应电信号。感应电信号通过信号模块的滤波、放大、转换为感测信号后，信号模块将感测信号传给控制模块，控制模块根据感测信号以及主轴的运行参数，从而计算刀具的对刀位置，并判断刀具是否断刀。本申请还提供了对刀检测方法以及断刀检测方法，通过主轴开始下行的第一时间，信号模块感应到感应电信号的第二时间以及感测信号，从而计算刀具的对刀位置并判断刀具是否断刀。本申请的对刀断刀检测装置能够同时满足气浮主轴、陶瓷轴承或者金属轴承的对刀和断刀检测，达到了通用性好的效果。通过检测主轴旋转感应电信号的方式，提升了对刀检测的位置精度，提高了断刀检测的准确率。

附图说明

图1为本申请的对刀断刀检测装置一实施例的结构示意图。

图2为本申请的对刀断刀检测装置一实施例的功能模块图。

图3为本申请的对刀断刀检测装置的信号模块一实施例的拆解示意图。

图4为本申请的对刀检测方法的一实施例的原理示意图。

图5为本申请的断刀检测方法的一实施例的原理示意图。

主要元件符号说明

对刀断刀检测装置 1

主轴 11

刀具 111

治具 12

绝缘层 121

产品 122

信号模块 13

采集单元 131

电信号采集线 1311

滤波单元 132

放大单元 133

处理单元 134

输出单元 135

输出检测信号接头 1351

显示单元 136

盒体 137

密封胶 1371

上盖 138

开口 1381

盖体 1382

容置腔 139

控制模块 14

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

以下描述将参考附图以更全面地描述本申请内容。附图中所示为本申请的示例性实施例。然而，本申请可以有许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本申请透彻和完整，并且将本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。

本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不以图限制本申请。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本申请所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本申请内容中一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。

以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。

下面参照附图，对本申请的具体实施方式作进一步的详细描述。

请参阅图1，本申请提供一种对刀断刀检测装置1，包括主轴11，与主轴11连接的刀具111，与刀具111配合的治具12，以及将治具12与外界隔开的绝缘层121，对刀断刀检测装置1还包括信号模块13以及控制模块14。主轴11可以使用陶瓷轴承和金属轴承，陶瓷轴承和金属轴承的主轴11在旋转时，会在转子上产生感应电动势。主轴11还可以使用气浮主轴11，气浮主轴11的分布电机电容也会随着与金属产品122接触，使转子和定子之间的电容场失效，在接触的一瞬间，因为轴心和轴体(轴体，金属产品122，设备外壳都和接地线等电势)电荷量不相等，所以电容放电会产生一个瞬时感应电压。当刀具111接触金属产品122后，由于治具12上设置有与外界其他物体隔绝开的绝缘层121，感应电动势或者感应电压会随着产品122和治具12导入到信号模块13。

信号模块13与治具12电连接，信号模块13用于在刀具111加工产品122时感应主轴11旋转产生的感应电信号，感应电信号可以是感应电动势或者感应电压等主轴11产生的电信号。控制模块14与主轴11及信号模块13电连接，控制模块14可以是数控加工中心的控制系统，本申请不做限制。控制模块14用于记录主轴11开始下行靠近产品122的第一时间及记录信号模块13感应到感应电信号的第二时间，控制模块14还用于根据信号模块13有无感应到感应电信号以及第一时间与第二时间的差值判断刀具111的状态。

于一实施例中，控制模块14还用于在接收到信号模块13感应到感应电信号的反馈信号时，记录刀具111的位置，以完成对刀。

进一步的，当主轴11带动刀具111下降，刀具111与产品122接触时，主轴11的电信号通过产品122传导至信号模块13。信号模块13感应到感应电信号时，信号模块13立即产生反馈信号，反馈信号传送至控制模块14。根据反馈信号的时间点，控制模块14将同一时间点的刀具111的位置记录下来。控制模块14将刀具111与产品122的接触位置设置为对刀位置，即刀具111加工产品122的原点在机床坐标系中的位置，从而完成对刀。

在本实施例中，刀具111的对刀位置可以在产品122上，主轴11从机床的原点下降，在刀具111接触到产品122时，感应电信号通过信号模块13传送至控制模块14，控制模块14将此时的刀具111位置记录下来，从而完成对刀。

在其他实施例中，刀具111的对刀位置也可以在治具12上，主轴11从机床的原点下降，在刀具111接触到治具12时，感应电信号通过信号模块13传送至控制模块14，控制模块14将此时的刀具111位置记录下来，从而完成对刀。

图2为本申请的对刀断刀检测装置1一实施例的功能模块图。下面将图1与图2结合进行说明。

于一实施例中，信号模块13包括采集单元131、处理单元134以及输出单元135，采集单元131可以使用导电线，输出单元135可以使用信号线，处理单元134包括电容、电阻以及电压比较器组成的集成电路板，导电线以及信号线与电路板连接。采集单元131与治具12电连接，采集单元131用于感应主轴11旋转产生的感应电信号，处理单元134与采集单元131电连接，处理单元134用于将感应电信号转换为感测信号，输出单元135一端与处理单元134电连接，输出单元135的另一端与控制模块14电连接，输出单元135用于将感测信号传递给控制模块14。

在本实施例中，采集单元131包括电信号采集线1311，电信号采集线1311与金属治具12电连接，电信号采集线1311用于采集主轴11传导至治具12的感应电信号，并将电信号传导至处理单元134。处理单元134用于将采集到的感应电信号转换为控制模块14能接收到的电信号。输出单元135包括输出检测信号接头1351，输出单元135将检测到的电信号状态通过输出检测信号接头1351发送给设备控制模块14。

于一实施例中，信号模块13还包括滤波单元132，滤波单元132与采集单元131及处理单元134电连接，滤波单元132用于对采集单元131采集到的感应电信号进行滤波处理，并将过滤后的感应电信号传送给处理单元134。

在本实施例中，滤波单元132可以是设置有滤波电容以及滤波电阻的滤波电路。采集单元131采集的电信号首先经过滤波电容的滤波，将大部分的交流成分滤除，然后再加到由电阻和电容构成的滤波电路中。电容的容抗与电阻构成一个分压电路，因电容的容抗小，所以对交流成分的分压衰减量很大，达到将电信号滤波目的。

于一实施例中，信号模块13还包括放大单元133，放大单元133与滤波单元132及处理单元134电连接，放大单元133用于对经过滤波处理的感应电信号进行放大处理，并将放大后的感应电信号传送给处理单元134。

在本实施例中，放大单元133可以是电压比较器，经过滤波后的电信号经过电压比较器的鉴别和比较，放大单元133输出高电平。将高电平信号输入处理单元134，处理单元134输出控制模块14能够接收到的24V电信号。

于一实施例中，信号模块13还包括显示单元136，显示单元136与控制模块14及采集单元131电连接，控制模块14用于控制显示单元136显示主轴11的运动状态及感应电信号的感测状态。

在本实施例中，显示单元136包括调节与显示电路。显示电路设有红色LED以及绿色LED，红色LED为显示电源状态指示灯，用于提示设备运行状态，绿色LED为指示对刀断刀检测信号的信号指示灯。调节电路包括电位器，电位器可以为窗口电压调节器，调节电路用于调节取样电压区间，获取稳定可靠的取样信号。

图3为本申请的对刀断刀检测装置1的信号模块13一实施例的拆解示意图。

于一实施例中，还包括半封闭的盒体137，用于封闭盒体137的上盖138，上盖138设置有开口1381，盒体137与上盖138配合形成容置腔139，开口1381与容置腔139连通，信号模块13设置于容置腔139中，显示单元136设于开口1381位置。盒体137用于保护信号模块13稳定的运行。

进一步的，将容置腔139内填满密封胶1371用于将信号模块13封装于盒体137内，通过设置透明的盖体1382，将上盖138的开口1381密封，从而将盒体137密封。通过透明的盖体1382可以看见显示单元136的指示灯，从而方便直观的检查对刀断刀检测装置1获取电信号的状态。

在本实施例中，盒体137可以是中空的壳体，用于放置信号模块13。上盖138配合壳体设置，用于将盒体137封闭。上盖138位于显示单元136的正上方的位置设置有开口1381，开口1381处设置有与开口1381配合的盖体1382，盖体1382可以为透明材料制成，方便观察显示单元136的信号灯。在容置腔139中灌装密封胶1371，从而使信号模块13封装密封，用于保护信号模块13稳定运行。

如图4所示，本申请还提供一种对刀检测方法，应用于对刀断刀检测装置1，对刀断刀检测装置1包括主轴11、与主轴11连接的刀具111以及与刀具111配合的治具12，对刀检测方法可以包括以下步骤：

步骤S41，信号模块13采集刀具111加工产品122时主轴11旋转产生的感应电信号。

步骤S42，信号模块13将感应电信号转换为感测信号。

步骤S43，控制模块14将接收到感测信号时刀具111的位置，设置为刀具111加工产品122在机床坐标系中的起始坐标位置。

对刀的点位可以设置在设备上，对刀的点位也可以设置在治具12或者产品122上，控制模块14将接收到感测信号时刀具111的位置，设置为刀具111加工产品122在机床坐标系中的起始坐标位置，从而完成对刀，然后进行产品122加工。

如图5所示，本申请还提供一种断刀检测方法，应用于对刀断刀检测装置1，对刀断刀检测装置1包括主轴11，与主轴11连接的刀具111以及与刀具111配合的治具12，断刀检测方法可以包括以下步骤：

步骤S51，在控制模块14中设置刀具111从原始位置下降至加工位置的标准时间参数。

标准时间参数可以由对刀检测中获得，也可以由操作人员输入控制模块14中。

步骤S52，控制模块14记录主轴11开始下行的第一时间。

步骤S53，感应所述刀具111加工产品122时所述主轴11旋转产生的感应电信号，并将感应到的感应电信号转换成感测信号。

步骤S54，控制模块14记录信号模块13感应到感应电信号的第二时间。

步骤S55，控制模块14根据感测信号，标准时间参数以及第一时间与第二时间的差值判断刀具111的状态。

于一实施例中，标准时间参数表示为T，第一时间与第二时间的差值表示为Ti，控制模块14预先设定刀具111下降的时间误差Tp，设备判断刀具111的状态的方法包括：

当T-Tp<Ti<T+Tp，且控制模块14收到感测信号时，控制模块14判断刀具111没有断刀，控制模块14控制主轴11正常运行。

当Ti>T+Tp，且控制模块14没有收到感测信号时，控制模块14判断刀具111断刀，控制模块14控制主轴11停止运行。刀具111折断，导致控制模块14没有收到感测信号，此时系统停止运行，等待人工处理。

当Ti<T-Tp，且控制模块14收到感测信号时，控制模块14判断刀具111未安装到位，控制模块14控制主轴11停止运行。刀具111夹持不到位，刀头过长，导致刀具111移动的时间短，此时系统停止运行，等待人工处理。

上文中，参照附图描述了本申请的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本申请的精神和范围的情况下，还可以对本申请的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本申请所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种对刀断刀检测装置，包括主轴，与所述主轴连接的刀具，与所述刀具配合的治具，以及将所述治具与外界隔开的绝缘层，其特征在于，所述对刀断刀检测装置还包括，

信号模块，所述信号模块与所述治具电连接，所述信号模块用于在所述刀具加工产品时感应所述主轴旋转产生的感应电信号；以及

控制模块，所述控制模块与所述主轴及所述信号模块电连接，所述控制模块用于记录所述主轴开始下行靠近所述产品的第一时间及记录所述信号模块感应到所述感应电信号的第二时间，所述控制模块还用于根据所述信号模块有无感应到所述感应电信号以及所述第一时间与所述第二时间的差值判断所述刀具的状态。

2.如权利要求1中所述的对刀断刀检测装置，其特征在于，所述控制模块还用于在接收到所述信号模块感应到所述感应电信号的反馈信号时，记录所述刀具的位置，以完成对刀。

3.如权利要求1中所述的对刀断刀检测装置，其特征在于，所述信号模块包括采集单元、处理单元以及输出单元，所述采集单元与所述治具电连接，所述采集单元用于感应所述主轴旋转产生的所述感应电信号，所述处理单元与所述采集单元电连接，所述处理单元用于将所述感应电信号转换为感测信号，所述输出单元一端与所述处理单元电连接，所述输出单元的另一端与所述控制模块电连接，所述输出单元用于将所述感测信号传递给所述控制模块。

4.如权利要求3中所述的对刀断刀检测装置，其特征在于，所述信号模块还包括滤波单元，所述滤波单元与所述采集单元及所述处理单元电连接，所述滤波单元用于对所述采集单元采集到的所述感应电信号进行滤波处理，并将过滤后的所述感应电信号传送给所述处理单元。

5.如权利要求4中所述的对刀断刀检测装置，其特征在于，所述信号模块还包括放大单元，所述放大单元与所述滤波单元及所述处理单元电连接，所述放大单元用于对经过滤波处理的所述感应电信号进行放大处理，并将放大后的所述感应电信号传送给所述处理单元。

6.如权利要求3中所述的对刀断刀检测装置，其特征在于，所述信号模块还包括显示单元，所述显示单元与所述控制模块及所述采集单元电连接，所述控制模块用于控制所述显示单元显示所述主轴的运动状态及所述感应电信号的感测状态。

7.如权利要求6中所述的对刀断刀检测装置，其特征在于，还包括半封闭的盒体，用于封闭所述盒体的上盖，所述上盖设置有开口，所述盒体与所述上盖配合形成容置腔，所述开口与所述容置腔连通，所述信号模块设置于所述容置腔中，所述显示单元设于所述开口位置。

8.一种对刀检测方法，应用于对刀断刀检测装置，其特征在于，所述对刀断刀检测装置包括主轴、与所述主轴连接的刀具以及与所述刀具配合的治具，所述对刀检测方法包括：

采集所述刀具加工产品时所述主轴旋转产生的感应电信号；

将所述感应电信号转换为感测信号；

将接收到所述感测信号时所述刀具的位置，设置为所述刀具加工产品在机床坐标系中的起始坐标位置。

9.一种断刀检测方法，应用于对刀断刀检测装置，其特征在于，所述对刀断刀检测装置包括主轴，与所述主轴连接的刀具以及与所述刀具配合的治具，所述断刀检测方法包括：

设置所述刀具从原始位置下降至加工位置的标准时间参数；

记录所述主轴开始下行的第一时间；

感应所述刀具加工产品时所述主轴旋转产生的感应电信号，并将感应到的所述感应电信号转换成感测信号；

记录感应到所述感应电信号的第二时间；

根据所述感测信号，所述标准时间参数以及所述第一时间与所述第二时间的差值判断所述刀具的状态。

10.如权利要求9中所述的断刀检测方法，其特征在于，根据所述感测信号，所述标准时间参数以及所述第一时间与所述第二时间的差值判断所述刀具的状态，包括：

当T-Tp<Ti<T+Tp，且接收到所述感测信号时，判断所述刀具没有断刀，及控制所述主轴正常运行，其中T为所述标准时间参数，Ti为所述第一时间与所述第二时间的差值，Tp为所述刀具下降的时间误差；

当Ti>T+Tp，且未接收到所述感测信号时，判断所述刀具断刀，及控制所述主轴停止运行；

当Ti<T-Tp，且接收到所述感测信号时，判断所述刀具未安装到位，及控制所述主轴停止运行。

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