CN1565804A - 便携式数控冰刀研磨机 - Google Patents

Abstract

一种便携式数控冰刀研磨机，它有一个机箱，其上装有计算机功能控制操作系统、冰刀弧度、粗糙度检测系统、X Y Z三维运动控制系统、研磨系统、电源动系统、控制电路系统，本发明体积小、方便携带，可按预定参数和仿形自动研磨速滑、短道速滑冰刀任意弧度、边刃角直接打磨，冰刀弧度、粗糙度数据检测，图形与数字数据显示，存储与打印，一次研磨3－5钟分完成；实现冰刀研磨数据的量化概念，对冰刀弧度、精确研磨与光洁度的分辨，可控研磨质量，替代人工研磨，缩短研磨时间，节省运动员的体能。可做为速滑、短道速滑冰刀的研磨设备和实验室研究设备。

Description

便携式数控冰刀研磨机

技术领域：本发明涉及体育运动项目使用的仪器器材，特别是速滑和短道速滑运动员使用的冰刀研磨工具。

背景技术：目前速滑和短道速滑运动员磨冰刀的工具多数是支架式磨刀架，而且是用手动进行研磨，这种冰刀架的优点是每人一付、轻便，可随时对冰刀进行研磨。缺点是运动员仅能凭经验对冰刀的弧度进行研磨，得不到冰刀弧度量化(数据)概念，因此对冰刀结构技术性能对运动成绩的影响不能直接反映科学量化依据，研磨过程时间长，消耗运动员体力。日本、荷兰等国已研制出机械和半自动化的冰刀研磨机，但仅能对冰刀进行的弧度成型研磨，不能对冰刀弧度形状进行测量、数据存储、按数据自动编程研磨，磨后须用手动冰刀架再次加工，细致研磨才能达到使用的标准，使用很不方便。随着速滑、短道速度滑冰运动快速发展与激烈竞争，提高冰刀结构技术的物理效应，科学的量化形态结构对提高运动成绩起非常重要的作用。而冰刀研磨技术是冰刀结构技术的一个分支。冰刀在研磨时，改变了冰刀的微观形状结构，能使冰刀的物理效应性发生变化，进而影响运动员动作技术及运动能力的发挥。它对冰刀的物理效应性影响体现在4个方面：[1]可改变冰刀弧度大小，它影响蹬动力的支点位置及蹬动力的传导效应。[2]影响运动轨迹方向和压力摩擦力。[3]改变冰刀刃角状态，它影响滑行支撑稳定性。[4]改变冰刀光洁度，影响滑动摩擦力。速滑与短道速滑比赛项目不同，要求冰刀弧度不一样，运动员的冰刀在训练期间每3天要磨一次冰刀，比赛时，赛前必须磨一次，每次研磨都会改变冰刀的微观弧度，在比赛前或比赛进行中经常出现打刀现象，特别短道速滑比赛项目多、轮次多，每轮次比赛时间间隔仅20分钟，如果用传统冰刀架研磨，时间来不及，还会对运动员产生巨大的心理压力和体能消耗，出现这种问题将会严重影响比赛成绩，解决这一问题已成为急需。

发明的内容：克服现有技术的不足，提出一种便携式数控冰刀研磨机，能实现对速滑、短道速滑冰刀的弧度数控自动研磨、粗糙度检测、数据存储，提高冰刀研磨的质量和速度，促进速滑运动成绩的提高和开展冰刀研磨技术的研究提供工具。一种便携式数控冰刀研磨机，包括计算机功能控制操作系统、冰刀弧度、粗糙度检测系统、XYZ三维运动控制系统、研磨系统、电源动系统、控制电路系统，各系统设置在机箱体中。所说的计算机功能操作控制系统主要由单片计算机、工控计算机、操作控制键盘、计算机外接口组成，固定在便携式数控冰刀研磨机的机箱一端。所说的检测系统是由弧度传感器、粗糙度传感探头、CCD图像放大摄像头、塞尺压电开关组成。弧度传感器为接触式或非接触式测距传感器，安装在Z轴运动平台，粗糙度传感探头为接触式或非接触式测表面粗糙度的传感器，所说的CCD图像放大摄像头为一体摄像头，所说的塞尺压电开关由0.5厚钢性弹片和5V供电开关电路、指示灯组成。所说的X、Y、Z三维运动控制系统由X轴向运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台、电源与驱动器组组成。X轴步进电机固定在机箱一端下部，步进电机轴头固定伞形齿轮，与固定在机箱前面丝杠上的伞形齿轮啮合，y轴步进电机与Y轴丝杠平台固定在机箱中间，步进电机轴头固定伞形齿轮，与丝杠上的伞形齿轮啮合，Y轴运动平台固定在丝杠运动副上。所述的磨轮电机为伺服调速电机，磨轮电机固定在Z轴运动平台上，Z轴运动平台固定在Y轴运动平台上，电机长轴端安装粗磨轮、精磨轮、抛光轮。研磨垫铁为槽形钢块，钢块下设置有开口槽，研磨垫铁块一端有轴与机箱支架铰链滑动连接，铰链轴上有扭力弹簧，卡在研磨垫铁另一端，打刃磨块为圆柱形。工控计算机为系统控制核心，检测系统的采集传感器采集冰刀的垂直弧度和纵向弧度及底平面粗糙度的模拟电压量、电阻、放大图像信号，给计算机生成弧度图形、数字数据(存储、显示、)和可执行研磨的控制程序；X、Y、Z三维运动控制系统在控制程序的控制下，使X轴(冰刀运动平台)水平运动，Y轴(固定磨轮)垂直运动，实现冰刀弧度的插补研磨、Z轴使磨轮横向运动。磨轮系统在三维运动平台的控制下对冰刀弧度进行分级研磨，步进电极(伺服电极、电源、驱动器为运动系统提供驱动动力。本发明的优点是外型体积小、方便携带，可按预定参数和仿形自动研磨300mm-450mm长，拱高10mm的速滑、短道速滑冰刀任意弧度。冰刀分粗磨、精磨、抛光3级研磨；冰刀刃平面粗糙度达到Ra0.05-0.025，90°边刃角直接打磨。一次研磨3-5钟分完成。冰刀弧度、粗糙度数据检测；图形与数字数据显示，存储与打印。实现冰刀研磨数据的量化概念，为科学研磨冰刀提供理论依据。实现对冰刀弧度、精确研磨与光洁度的分辩，可控研磨质量，替代人工研磨，缩短研磨时间，节省运动员的体能。保存冰刀研磨数据，随时可提取原始弧度数据进行相同弧度研磨，进行不同冰刀弧度的技术比较，为不同技术条件的运动员优选冰刀研磨弧度，能有效地利用冰刀弧度技术提高运动成绩。

附图说明：

图1为发明的立体视图；

具体实施例：如图，本发明由计算机功能操作控制系统、检测系统、X、Y、Z三维运动控制系统、研磨系统、电源动系统、控制电路系统等组成。

计算机功能操作控制系统主要由单片计算机14、工控计算机15、操作控制键盘16、计算机外接口19组成。

计算机控制操作系统体积250mm×250mm×250mm，固定在便携式数控冰刀研磨机的机箱23一端。

工控计算机15安装A/D转换卡、视频采集卡、多轴驱动运动卡，接收弧度、粗糙度传感探头6采集冰刀的弧度、粗糙度电压信号并转换成数字信号和CCD图像放大摄像头8摄取的冰刀研磨粗糙度放大图像，放大给计算机，计算机通过程序对其进行弧度、粗糙度的数据数字量和图形的转换，将数据转换成控制运动系统对冰刀进行研磨的执行程序命令，通过多轴驱动运动卡转换多路控制信号，分别给X、Y、Z轴步进电机和磨轮伺服电机的驱动器，驱动器将信号转换成脉冲信号驱动X、Y、Z轴步进电机和磨轮伺服电机转动，完成对冰刀的研磨，同时将数据存储和已数字、图形的形式在屏幕上显示对比，并通过打印机将数据打印出来。

单片机14同计算机通讯，实现与工控机双项控制。操作控制键盘16对便携式数控冰刀研磨机输入指令、参数、数据、操作控制。17为电源插入。

计算机外接口19与其它外设设备进行通讯(打印机、扫描仪)等，扩展便携式数控冰刀研磨机的功能。

检测系统是由弧度传感器、粗糙度传感探头6、CCD图像放大摄像头8、塞尺压电开关3组成。

弧度传感器为M5型差动变压器式位移传感器，安装在Z轴运动平台26测量冰刀弧度时输出0-5V电压信号，给计算机中的A/D转换卡，转换弧度拱高0-10mm的数字量。

粗糙度传感探头为TSL250，测量冰刀研磨面粗糙度输出电压信号0.1-5V，给计算机中的A/D转换卡，转换粗糙度Ra0.1---0.01的数字量。

CCD图像放大摄像头8为KN-8822 1/4索尼彩480线一体摄像头，采集研磨冰刀表面放大图像，放大倍数为5-15倍，图像视频信号送入计算机视频采集卡，放大图像在计算机屏幕显示冰刀研磨表面的粗糙画面。

塞尺压电开关由0.5厚钢性弹片和5V供电开关电路、指示灯组成，+极接通0.5厚钢性弹片，弹片在磨轮下压时接触冰刀，-极接通冰刀研磨垫铁，冰刀研磨垫铁，始终接触冰刀，当磨轮下压弹片接触触及冰刀时，指示灯亮，同时接通电信号给计算机程序，控制磨轮(轴步进电机)止下降。实现冰与磨轮的“0位”+塞尺厚度的定位。塞尺厚度在研磨差补弧度Y轴自动增加塞尺的厚度。

X、Y、Z三维运动控制系统由X轴向运动平台21、Y轴运动平台11、Z轴运动平台26、电源与驱动器组13x组成。

X轴向运动平台由滑动槽20、X冰刀平台21、冰刀固定滑架22、旋转23、驱动步进电机18、X步进电机驱动器13、丝杠23组成。

滑动槽20是X冰刀平台21的水平能滑道，X冰刀平台21上平面确定X轴向的水平基准，冰刀固定滑架22滑动固定在上面，冰刀及冰鞋2固定滑架22上的冰刀夹管24可使冰刀1插进，调整好冰刀研磨角度后推动冰刀固定滑架22到冰刀卡位固定。

步进电机18为90BYG250/450C，固定在机箱23一端下部，步进电机轴头固定伞形齿轮，与固定在机箱23前面丝杠25上的伞形齿轮啮合，X步进电机驱动器13为X轴步进电机18提供电源和控制信号，驱动步进电机18正、反方向旋转带动丝杠25旋转。X轴向运动平台固定在丝杠25的运动副上，丝杠25正、反方向旋转运动，使运动平台做往返水平运动运动。

Y轴运动平台由Y轴丝杠平台y轴步进电机12电源驱动器13y组成。

y轴步进电机12为86BYG250/450C，与Y轴丝杠平台11固定在机箱23中间，步进电机轴头固定伞形齿轮，与丝杠上的伞形齿轮啮合，Y轴运动平台11固定在丝杠运动副上，步进电机12正、反方向旋转，推动Y轴运动平台上下垂直运动。XY轴运动平台在计算机程序控制下进行插补运动，实现弧度运动。由于Y轴平台11上固定Z轴运动平台26，Z轴运动平台26中间固定磨轮电机10和Z轴步进电机9，Z轴步进电机9为57BYG707，驱动Z轴运动平台26并带动固定磨轮电机10沿Z向往返运动。

研磨系统由磨轮电机10，电源驱动器13m、磨轮7、研磨垫铁4打刃磨料5组成。

磨轮电机1为伺服调速电机，功率大于750W，磨轮电机10固定在Z轴运动平台26上，Z轴运动平台26固定在Y轴运动平台11上，电机长轴端安装粗磨轮(7c)500-1000粒金刚砂Φ600mm×15mm、精磨轮(7j)碳化膨1000---3000粒Φ600mm×15mm、抛光轮(7p动物皮革)，磨轮径向转动与冰刀纵向一致，磨轮边缘与冰刀底面点接触，粗磨轮(7c)对冰刀弧成型研磨，电机转速控制在400-800转，精磨轮(7j)对冰刀弧精细研磨，电机转速控制在1000-1500转，抛光磨轮(7p)对冰刀弧抛光研磨，电机转速控制在2000-3000转，磨轮换位是在计算机控制Y轴运动平台垂直向上、Z轴运动平台水平移动磨轮位置、Y轴垂直向下对准冰刀依次运动完成对冰刀的分级研磨，使冰刀研磨粗糙度达到Ra0.025。

研磨垫铁4为槽形45#钢块，钢块下开口槽，2mm宽，套在冰刀上，上开口部分露出冰刀刃面，研磨垫铁块一端有轴与机箱支架铰链滑动连接，铰链轴上有扭力弹簧，卡在研磨垫铁另一端，使垫铁产生向上扭力，使上豁口上平面始终帖在研磨轮7上，与冰刀刃面齐平，磨轮旋转时，磨轮的宽度将冰刀刃面和垫铁一起研磨，由于研磨垫铁槽两边面与冰垂直刀刃接触，边面和冰刀刃面间的间隙由磨轮研磨油，填充，因此研磨冰刀产生的热量将传导到研磨铁上，使冰刀的边刃不会退火，伤热，影响冰刀刃角的钢性和耐磨度。

打刃磨块5为Φ10mm圆柱形块，透过研磨垫铁4槽两端与冰刀刃角接触，磨轮研磨冰刀时，X运动平台带动冰刀运动时，打刃磨块5将研磨冰刀刃面、角产生的非边和钢削磨掉，实现自动扶边研磨。

该装置的工作过程是：计算机安装A/D转换卡、视频采集卡，接收弧度、多轴运动控制卡，粗糙度传感探头采集冰刀的弧度、粗糙度电压信号并转换成数字信号和CCD图像放大摄像头摄取的冰刀研磨粗糙度放大图像，放大给计算机，计算机通过程序对其进行弧度、粗糙度的数据数字量和图形的转换，将数据转换成控制运动系统对冰刀进行研磨的执行程序，通过多轴驱动运动卡转换多路控制信号，分别给X、Y、Z轴步进电机和磨轮伺服电机的驱动器，驱动器将信号转换成脉冲信号驱动X、Y、Z轴步进电机和磨轮伺服电机转动，完成对冰刀的研磨，同时将数据存储和已数字、图形的形式在屏幕上显示对比，并通过打印机将数据打印出来。单片机同计算机通讯，实现与工控机双项控制。操作控制键盘对便携式数控冰刀研磨机输入指令、参数、数据、操作控制计算机外接口与其它外设设备进行通讯(打印机、扫描仪)等，扩展便携式数控冰刀研磨机的功能。

Claims (4)

1、一种便携式数控冰刀研磨机，它有一个机箱，其特征在于：机箱上装有计算机功能控制操作系统、冰刀弧度及粗糙度检测系统、XYZ三维运动控制系统、研磨系统、电源动系统、控制电路系统，所说的计算机功能操作控制系统由单片计算机、工控计算机、操作控制键盘、计算机外接口组成，固定在便携式数控冰刀研磨机机箱的一端。

2、如权利要求1所述所说的数控冰刀研磨机，其特征在于：所说的检测系统是由弧度传感器、粗糙度传感探头、CCD图像放大摄像头、塞尺压电开关组成，弧度传感器为接触式或非接触式测距传感器，安装在Z轴运动平台，粗糙度传感探头为接触式或非接触式测表面粗糙度的传感器，CCD图像放大摄像头为一体摄像头，塞尺压电开关由0.5厚钢性弹片和5V供电开关电路及指示灯组成。

3、如权利要求1所述的数控冰刀研磨机，其特征在于：所说的X、Y、Z三维运动控制系统由X轴向运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台、电源与驱动器组组成，X轴步进电机固定在机箱一端下部，步进电机轴头固定伞形齿轮，与固定在机箱前面丝杠上的伞形齿轮啮合，y轴步进电机与Y轴丝杠平台固定在机箱中间，步进电机轴头固定伞形齿轮，与丝杠上的伞形齿轮啮合，Y轴运动平台固定在丝杠运动副上。

4、如权利要求1所述的数控冰刀研磨机，其特征在于：所述的研磨系统包括磨轮电机，磨轮电机固定在Z轴运动平台上，Z轴运动平台固定在Y轴运动平台上，磨轮电机长轴端安装粗磨轮粒金刚砂、精磨轮、抛光轮，研磨垫铁为槽形钢块，钢块下设有开口槽，研磨垫铁块一端有轴与机箱支架铰链滑动连接，铰链轴上有扭力弹簧卡在研磨垫铁另一端，打刃磨块为圆柱形。

Images