本發(fā)明是一種盤式刀庫機(jī)械手性能檢測裝置及方法，屬于數(shù)控機(jī)床功能部件性能檢測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

刀庫及其自動換刀系統(tǒng)是提供自動化加工過程中所需儲刀及換刀需求的一種裝置，是數(shù)控加工中心的核心部件。其自動換刀機(jī)構(gòu)及刀具存儲功能，改變了傳統(tǒng)以人為主的生產(chǎn)方式，減少了非切削時間，提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本。刀庫其由電腦程序控制，可以完成各種不同的加工需求，如鉆孔、銑削、攻牙、鏜孔等。刀庫和機(jī)械手執(zhí)行的動作多，速度快，對定位精度要求高。在復(fù)雜零件加工的過程中，需要頻繁的更換刀具，這就使得刀庫及其自動換刀系統(tǒng)成為影響加工中心可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。

刀庫及自動換刀系統(tǒng)主要包括刀庫、機(jī)械手換刀裝置和驅(qū)動裝置等。刀庫的作用是儲存各種刀具，并在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)選刀功能，把待換刀具送到指定刀位。國內(nèi)外比較常用的刀庫有圓盤式刀庫、斗笠式刀庫、鏈?zhǔn)降稁旌娃D(zhuǎn)塔式刀庫等。圓盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易控制，應(yīng)用比較廣泛。機(jī)械手是自動換刀裝置的主要執(zhí)行部件，主要作用是實(shí)現(xiàn)刀具在主軸與刀庫之間的自動交換。驅(qū)動裝置，則是驅(qū)動刀庫和機(jī)械手動作、實(shí)現(xiàn)其功能的機(jī)構(gòu)，有液壓、電機(jī)、氣缸三種方式。

目前，刀庫及其機(jī)械手自動換刀裝置，還是主要依賴進(jìn)口。國外刀庫及機(jī)械手的設(shè)計、制造和檢測方面已經(jīng)擁有了較為成熟的技術(shù)，并且占據(jù)了大部分市場。同類檢測系統(tǒng)造價高昂且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國內(nèi)的刀庫生產(chǎn)廠在盤式刀庫出廠前的檢驗(yàn)則多是純?nèi)斯な謩訖z測。在刀柄及機(jī)械手的到位精度方面，國內(nèi)檢測需要特制的刀柄和工具，檢測過程較繁瑣且費(fèi)時費(fèi)力，并且此種檢測方式只能大致判定精度是否符合要求而不能夠得到具體精度信息。因此非常需要一種刀庫及機(jī)械手性能檢測裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決當(dāng)前國內(nèi)盤式刀庫出廠性能檢測依靠純?nèi)斯し绞角也荒艿玫骄_信息和國外這類檢測系統(tǒng)造價高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，本發(fā)明提供了一種盤式刀庫換刀系統(tǒng)性能檢測裝置。采取的技術(shù)方案如下所述：

盤式刀庫通過電機(jī)驅(qū)動把所需刀具送達(dá)準(zhǔn)備換刀位置，再由電氣控制刀套翻轉(zhuǎn)，把刀柄停在換刀位置。同時，電機(jī)驅(qū)動換刀機(jī)械手動作，把機(jī)械手停在準(zhǔn)備換刀位置。當(dāng)?shù)侗蜋C(jī)械手都到達(dá)換刀位置時，五個激光位移傳感器開始工作，測得五個高精度位置數(shù)值，數(shù)值通過采集卡傳送給工控機(jī)，再由工控機(jī)計算得出刀柄圓心水平方向位置、機(jī)械手夾持中心水平方向位置和機(jī)械手底面豎直方向位置。進(jìn)一步對比刀柄圓心水平方向位置和機(jī)械手夾持中心水平方向位置，判斷兩中心的重合度。

所述的盤式刀庫自動換刀性能檢測系統(tǒng)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊和信號采集模塊。

該系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊包括盤式刀庫、刀柄、機(jī)械手換刀機(jī)構(gòu)、第一水平支架、第二水平支架和垂直支架。

該系統(tǒng)的信號采集模塊包括激光位移傳感器A1、激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B1、激光位移傳感器B2、激光位移傳感器C、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)和顯示屏。

按照技術(shù)方案所述的盤式刀庫換刀系統(tǒng)性能檢測裝置及方法，其特征在于：盤式刀庫通過螺栓連接安裝在基座上部的安裝平面上，在換刀位置下方焊接上焊接板，第一水平支架和第二水平支架通過螺栓連接在焊接板上。焊接板設(shè)有凹槽，第一水平支架和第二水平支架均可在凹槽內(nèi)前后移動，便于微調(diào)位置。垂直支架通過螺栓連接在第一水平支架的中下部。激光位移傳感器A1通過螺栓安裝在第一水平支架上部平臺，激光位移傳感器B1通過螺栓安裝在第一水平支架中部平臺，激光位移傳感器C通過螺栓豎直安裝在垂直支架上，激光位移傳感器A2通過螺栓安裝在第二水平支架上部平臺，激光位移傳感器B2通過螺栓安裝在第二水平支架中部平臺。通過微調(diào)安裝位置，保證安裝平面水平、投射光路垂直，且激光位移傳感器A1和激光位移傳感器A2的光路交點(diǎn)位于以刀柄中心為圓心半徑1mm范圍內(nèi),激光位移傳感器B1和激光位移傳感器B2的光路交點(diǎn)位于以機(jī)械手夾持中心為圓心半徑1mm范圍內(nèi)，激光位移傳感器C投光面水平。

按照技術(shù)方案所述的盤式刀庫換刀系統(tǒng)性能檢測裝置及方法，其特征在于：激光位移傳感器A1、激光位移傳感器A2、激光位移傳感器B1、激光位移傳感器B2和激光位移傳感器C均通過采集卡把信號傳輸給工控機(jī)，再由顯示屏輸出檢測結(jié)果。

按照技術(shù)方案所述的盤式刀庫換刀系統(tǒng)性能檢測裝置及方法，其特征在于：支架上安裝有五個激光位移傳感器，其中兩個設(shè)置在水平面上檢測刀柄外圓表面距離傳感器投光面的距離，據(jù)此可以計算出刀柄圓心的位置；兩個設(shè)置在水平面上檢測機(jī)械手外表面距離傳感器投光面的距離，據(jù)此可以計算出機(jī)械手夾持中心的位置；一個設(shè)置在豎直方向，檢測機(jī)械手底部距傳感器投光面的距離。

本發(fā)明的有點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明提供了一種盤式刀庫換刀系統(tǒng)性能檢測裝置及方法，對盤式刀庫換刀時刀柄和機(jī)械手的到位精度進(jìn)行檢測，為研究盤式刀庫及機(jī)械手的可靠性提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，并可為盤式刀庫生產(chǎn)廠商提供出廠檢測，保證刀庫質(zhì)量。

(2)本發(fā)明可檢測刀柄和機(jī)械手的具體到位精度，借助高精度激光位移傳感器其檢測精度可達(dá)到微米級，與以往刀庫生產(chǎn)廠的通過性測量方式相比，可獲得更精確的精度信息，利于生產(chǎn)企業(yè)更深入了解當(dāng)前斗笠式刀庫的性能狀態(tài)。

(3)本發(fā)明同時檢測刀柄和機(jī)械手的到位精度，通過計算出的中心重合度，確定精度是否合格。確保機(jī)械手能快速、準(zhǔn)確夾持刀柄，避免撞刀現(xiàn)象。

附圖說明

圖1檢測裝置示意圖

圖2焊接板、第一水平支架和垂直支架裝配體示意圖

圖2-1第一水平支架等軸測圖

圖2-2第二水平支架等軸測圖

圖2-3垂直支架等軸測圖

圖2-4焊接板等軸測圖

圖3傳感器裝配體等軸測圖

圖3-1傳感器安裝位置布局主視圖

圖3-2傳感器安裝位置布局右視圖

圖3-3傳感器安裝位置布局俯視圖

圖中，1——盤式刀庫，2——刀柄，3——機(jī)械手，4——激光位移傳感器A1，5——激光位移傳感器B1，6——激光位移傳感器C，7——第一水平支架，8——垂直支架，9——第二水平支架，10——激光位移傳感器A2，11——激光位移傳感器B2，12——焊接板，13——基座，14——采集卡，15——工控機(jī)，16——顯示屏。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

圖1為檢測裝置示意圖。檢測裝置由機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊和信號采集模塊兩部分構(gòu)成。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊包括盤式刀庫(1)、刀柄(2)、機(jī)械手(3)、第一水平支架(7)、垂直支架(8)、第二水平支架(9)、焊接板(12)和基座(13)。信號采集模塊包括激光位移傳感器A1(4)、激光位移傳感器A2(10)、激光位移傳感器B1(5)、激光位移傳感器B2(11)、激光位移傳感器C(6)、數(shù)據(jù)采集卡(14)、工控機(jī)(15)和顯示屏(16)。

基座(13)為整個檢測裝置的基準(zhǔn)，盤式刀庫(1)安裝在基座上部安裝平面上，在換刀位置下方的基座上通過焊接安裝焊接板(12)。圖2為焊接板、第一水平支架和垂直支架裝配體示意圖，圖2-1為第一水平支架等軸測圖，圖2-2為第二水平支架等軸測圖，圖2-3為垂直支架等軸測圖，圖2-4為焊接板等軸測圖。第一水平支架(7)和第二水平支架(9)通過螺栓連接在焊接板(12)上。焊接板(12)設(shè)有凹槽，第一水平支架(7)和第二水平支架(9)均可在凹槽內(nèi)前后移動，便于微調(diào)位置。垂直支架(8)通過螺栓連接在第一水平支架(7)的中下部。

激光位移傳感器C(6)通過螺栓豎直安裝在垂直支架(8)上，激光位移傳感器A2(10)通過螺栓安裝在第二水平支架(9)上部平臺，激光位移傳感器B2(11)通過螺栓安裝在第二水平支架(9)中部平臺。通過微調(diào)安裝位置，保證安裝平面水平、投射光路垂直，且激光位移傳感器A1(4)和激光位移傳感器A2(10)的光路交點(diǎn)位于以刀柄中心為圓心半徑1mm范圍內(nèi)，激光位移傳感器B1(5)和激光位移傳感器B2(11)的光路交點(diǎn)位于以機(jī)械手夾為圓心半徑1mm范圍內(nèi),激光位移傳感器C(6)投光面水。

圖3為傳感器裝配體等軸測圖，圖3-1為傳感器安裝位置布局主視圖，圖3-2為傳感器安裝位置布局俯視圖，圖3-3為傳感器安裝位置布局右視圖。測試裝置通過傳感器建立了一個以激光位移傳感器B1(5)和激光位移傳感器B2(11)光束交點(diǎn)為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系，并以兩光路作為兩坐標(biāo)軸。激光位移傳感器C發(fā)射的光路為豎直坐標(biāo)軸。當(dāng)?shù)侗?2)和機(jī)械手(3)都到達(dá)換刀位置時，激光位移傳感器A1(4)和激光位移傳感器A2(10)光束交點(diǎn)位于豎坐標(biāo)軸正方向一點(diǎn)。激光位移傳感器A1(4)和激光位移傳感器A2(10)檢測刀柄外圓表面距離傳感器投光面的距離，據(jù)此可以得到刀柄外圓坐標(biāo)值；激光位移傳感器B1(5)和激光位移傳感器B2(11)檢測機(jī)械手外表面距離傳感器投光面的距離，據(jù)此可以得到機(jī)械手外測坐標(biāo)值；激光位移傳感器C檢測機(jī)械手底部距傳感器投光面的距離，可以得到機(jī)械手(3)豎直方向的位置精度。

激光位移傳感器A1(4)、激光位移傳感器A2(10)、激光位移傳感器B1(5)、激光位移傳感器B2(11)和激光位移傳感器C(6)均通過采集卡(14)把信號傳輸給工控機(jī)(15)，再由顯示屏(16)輸出檢測結(jié)果。