CN105578140B - 一种z轴对刀仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Z轴对刀仪，属于工厂设备技术领域。Z轴对刀仪包括监控操作部分、采集工作部分、数据传输部分三个主要功能部分，主体部分采用抱箍固定在刀具正上方，其他零部件均有小型滑台隐藏在壳体内部。控操作部分包括液晶显示屏、物理控制按键；采集部分包括水准仪、球头压力传感器、超声波测距感应器、LED灯、摄像头；数据传输部分包括51单片机、无线接收、发射模块装置。利用光影重合原理，结合控制系统理论，对辅助对刀方式进行了创新设计，仅需要一次安装，便可实现重复对刀操作，刀头损坏严重等问题，可推广应用于一系列需要进行Z轴对刀的工厂设备上。

Description

一种Z轴对刀仪

技术领域

本发明涉及雕刻机、数控机床的组件，尤其涉及一种Z轴对刀仪。

背景技术

随着现代社会的高速发展，数控加工技术在工业生产中扮演着越来越重要的角色。但在数控加工中经常涉及到对刀问题，对其处理的好坏直接影响到零件加工的精度，还会影响机床的安全操作（如撞刀）。目前常规的手工试切对刀法效率低、精度低、浪费材料，且需要有一定的工作经验。现有的对刀辅助工具，不仅造价成本高，技术要求高，而且每次使用时都必需重新对刀，效率相对较低。并且在对刀时，避免不了对刀仪与刀头的直接接触，因此给刀头带来的损伤，使得工人在工业生产中极少使用。

这款对刀辅助机械装置利用光影重合原理，结合控制系统理论，对辅助对刀方式进行了创新设计，仅需要一次安装，便可实现重复对刀操作。采用球点触发式接触工件，不存在对刀仪与刀头的直接接触，不会损坏工件与设备。采用自动程序差额补偿，减小多次运行造成的设备数据误差。虽然我们的这款设备造价成本低，操作简便，但可以达到高精度的工作要求，取得更高的经济效益，可推广应用于一系列需要进行Z轴对刀的工厂设备上。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种Z轴对刀仪，以解决现有对刀辅助工具造价成本高，技术要求高，每次重新对刀，效率相对较低，对刀仪与刀头的直接接触，减少刀头使用寿命问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种Z轴对刀仪，其特征在于，包括相互连接的监控操作部分、采集工作部分、数据传输部分三个主要功能部分，监控操作部分包括相互连接的液晶显示屏、物理控制按键和无线接收模块装置；采集部分包括安装在支架上的水准仪、球头压力传感器、超声波测距感应器、LED灯和摄像头；数据传输部分包括安装在支架上并且相互连接的单片机和发射模块装置，发射模块装置对应无线接收模块装置进行无线连接。

水准仪用于实时显示整套设备的是否水平；作为安装整套装置的一个机械硬性标准和整套装置正常运行的保证。采集部分的水准仪、球头压力传感器、超声波测距感应器、LED灯和摄像头分别连接单片机。

球头压力传感器通过Z轴滑台安装在支架上，Z轴滑台包括螺母、螺杆和电机，球头压力传感器安装在螺杆下端，螺杆安装在螺母内并能够上下移动，螺母可转动的安装在支架内，电机也安装在支架内，电机连接螺母以驱动螺母转动，电机连接单片机由单片机控制转动。电机可以通过齿轮等传动装置连接螺母。

监控操作部分还设有提示灯，提示灯连接无线接收模块装置。

监控操作部分采用电脑或者智能手机。提示灯可以由某个按键设置代替。

支架采用抱箍安装在刀具的刀架上并位于刀具上方；摄像头和LED灯分别通过可抽拉的滑杆安装在支架上。

利用LED灯投射光影，将细小不便于观察的刀头用灯光投影放大，且会随着刀头的移动同步移动，直到刀头碰触到工件，刀影最前部分与刀头重合一点；并通过相对位置的摄像头捕捉画面，传输到液晶显示屏。

球头压力传感器把刀头间接的替换成压力传感器，压力传感器是触点碰触工件，数据精准，同时将检测到碰触工件这个信息更为直接转换成提示灯的闪亮，观察到提，示灯闪亮，第一时间就停止工作；通过单片机输出程序记录压力系数，保证以后的对刀与第一次对刀的一致性。

以单片机为核心芯片，进行自动差额补偿，以及发射模块装置、无线接收模块装置组件，来实现智能记录数据与传出设定程序。加以物理按键，实现对显示屏上的初值进行调节，以达到最佳。

利用水准仪，调整装置水平。下降刀头通过超声波测距，利用刀头单侧的LED放大细小刀头，观察液晶屏，观察刀具的暗影是否最前方与刀头的最前方重合，完成首次对刀过程。

刀位记忆，下降Z轴滑台，接触到工件完成第一次对刀的刀头不调动。通过点动物理按键控制压力感应器下降，直到球面点接触到被刻材料，这时连接在压力模块装置的小灯会点亮，这时将进给倍率找为微米级进给精确调整，通过单片机程序记下下降值，保证球面点与刀头所处的平面重合。

对于雕刻机下次的对刀，先将Z滑台下降到"D"值，然后直接下降刀具，直到观察到链接球头压力传感器的小灯点亮，完成第二次对刀，以后的对刀就可以直接观察小灯是否点亮就可以完成对刀。

差额补偿，进行多次模拟工作，测出前后多次的值，取出平均值，利用 Y=x+b,计算出差额值"b"。每次下降球点触发压力传感器后，单片机自动给出程序输出"b"值进行补偿差额。

本发明Z轴对刀仪的有益效果在于：

一次对刀终生不换，仅需要一次安装，便可实现重复对刀操作，有效地解决了重复对刀时的繁琐，极大地提高了生产加工时的工作效率。

利用光影法放大细小的刀头，结合摄像头将图像更直观的呈现在视线前，通过观查液晶屏里的刀具与暗影重合直接判断是否完成对刀。提示灯亮时四周都在可视范围之内，没有盲点。

球点触发式接触，数据精准；差额补偿，避免了干扰，提高精准性。工件与刀头不直接接触，避免了刀头损坏严重等问题。

该产品操作简便，适应性强，无需专业培训，即可熟练操作。

附图说明

图1是本发明Z轴对刀仪的结构示意图。

图2是与本发明Z轴对刀仪配合使用的监测操作装置结构示意图。

图中：1水准仪、2单片机、 3摄像头、4球头压力传感器、 5超声波测距感应器、6LED灯、7 Z轴微型滑台、8发射模块装置、9无线接收模块装置、10液晶显示屏、11物理按键、12提示灯、13支架。

具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

本发明的Z轴对刀仪，包括水准仪1、单片机2、摄像头3、球头压力传感器4、超声波测距感应器5、LED灯6、Z轴微型滑台7、发射模块装置8、无线接收模块装置9、液晶显示屏10、物理按键11和提示灯12。

本发明的Z轴对刀仪，包括相互连接的监控操作部分、采集工作部分、数据传输部分三个主要功能部分，监控操作部分包括相互连接的液晶显示屏10、物理控制按键11和无线接收模块装置9；采集部分包括安装在支架13上的水准仪1、球头压力传感器4、超声波测距感应器5、LED灯6和摄像头3；数据传输部分包括安装在支架上并且相互连接的单片机2和发射模块装置8，发射模块装置对应无线接收模块装置进行无线连接。

水准仪1可以实时显示整套设备的是否水平，作为安装整套装置的一个机械硬性标准和整套装置正常运行的保证。采集部分的球头压力传感器、超声波测距感应器、LED灯和摄像头分别连接单片机。

球头压力传感器通过Z轴滑台7安装在支架上，Z轴滑台包括螺母、螺杆和电机，球头压力传感器安装在螺杆下端，螺杆安装在螺母内并能够上下移动，螺母可转动的安装在支架内，电机也安装在支架内，电机连接螺母以驱动螺母转动，电机连接单片机由单片机控制转动。电机可以通过齿轮等传动装置连接螺母。

监控操作部分还设有提示灯12，提示灯连接无线接收模块装置。

监控操作部分采用电脑或者智能手机。提示灯可以由某个按键设置代替。

支架采用抱箍安装在刀具的刀架上并位于刀具上方；摄像头和LED灯分别通过可抽拉的滑杆安装在支架上。摄像头和LED灯可以根据需要调整高度。

水准仪即为水准泡。属于现有产品。

利用LED灯6投射光影，将细小不便于观察的刀头用灯光投影放大，且会随着刀头的移动同步移动，直到刀头碰触到工件，刀影最前部分与刀头重合一点。并通过相对位置的摄像头3捕捉画面，传输到液晶显示屏10。

球头压力传感器4把刀头间接的替换成压力传感器，压力传感器是触点碰触工件，数据精准，同时将检测到碰触工件这个信息更为直接转换成提示灯的闪亮，观察到提，示灯闪亮，第一时间就停止工作。通过51单片机2输出程序记录压力系数，保证以后的对刀与第一次对刀的一致性。

以51单片机2为核心芯片，进行自动差额补偿，以及发射模块装置8无线接收模块装置9组件，来实现智能记录数据与传出设定程序。加以物理按键11，可以实现对显示屏上的初值进行调节，以达到最佳。

使用时，先要进行安装调试，保证水平。利用放置固定在整套装置的正上方的水准仪1，调整水准泡位于液腔中央。

首次对刀，远程可视。粗下刀，通过监控操作部分打开超声波测距感应器5，同时下降刀头，直到测到刀头距离距与被雕刻的材料还有10毫米。打开在刀头单侧的LED灯6，观察液晶显示屏10，在慢慢下降刀头，观察到刀具的暗影最前方与刀头的最前方重合，此时停止下刀，完成首次对刀过程。

刀位记忆，终生不换。下降Z轴微型滑台7，接触到工件完成第一次对刀的刀头不调动。通过点动物理按键11控制连接在滑台上的球头压力传感器4下降，直到球面点接触到被刻材料，这时连接在球头压力传感器4的提示灯12会点亮，这时将进给倍率找为微米级进给，往回退，直到无提示灯12亮，在进1微米,如发出光，保持住光，这时通过单片机2程序记下此时的球头压力传感器4下降刻度"D"值，此时保证了球面点与刀头所处的平面重合。

对于雕刻机下次的对刀，只需要先将Z轴微型滑台7下降到"D"值，让球头压力传感器4与刀头处于同一个平面，然后直接下降刀具，直到观察到链接球头压力传感器4的提示灯12点亮，完成第二次对刀，以后的对刀就可以直接观察提示灯12是否点亮就可以完成对刀。

差额补偿，数据精准。进行多次模拟工作，测出前后多次的值，取出平均值，利用 Y=x+b,计算出差额值"b"。每次下降球头压力传感器4后，单片机2自动给出程序输出"b"值进行补偿差额。Y是压力传感器的位置，x是刀尖的实际位置。

刻度"D"值即Y，球头压力传感器下降的高度数值由单片机控制电机转动的角度或转数实现，即通过控制电机转数来控制螺母转数，从而计算出螺杆下降的数值，即球头压力传感器下降的高度数值。

Claims (9)

1.一种Z轴对刀仪，其特征在于，包括相互连接的监控操作部分、采集工作部分、数据传输部分三个主要功能部分，监控操作部分包括相互连接的液晶显示屏、物理控制按键和无线接收模块装置；采集部分包括安装在支架上的水准仪、球头压力传感器、超声波测距感应器、LED灯和摄像头；数据传输部分包括安装在支架上并且相互连接的单片机和发射模块装置，发射模块装置对应无线接收模块装置进行无线连接；

利用LED灯投射光影，将细小不便于观察的刀头用灯光投影放大，且会随着刀头的移动同步移动，直到刀头碰触到工件，刀影最前部分与刀头重合一点；并通过相对位置的摄像头捕捉画面，传输到液晶显示屏。

2.根据权利要求1所述的Z轴对刀仪，其特征在于：水准仪用于实时显示整套设备的是否水平；采集部分的球头压力传感器、超声波测距感应器和摄像头分别连接单片机。

3.据权利要求1或2所述的Z轴对刀仪，其特征在于：球头压力传感器通过Z轴滑台安装在支架上，Z轴滑台包括螺母、螺杆和电机，球头压力传感器安装在螺杆下端，螺杆安装在螺母内并能够上下移动，螺母可转动的安装在支架内，电机也安装在支架内，电机连接螺母以驱动螺母转动，电机连接单片机由单片机控制转动。

4.根据权利要求1或2所述的Z轴对刀仪，其特征在于：监控操作部分还设有提示灯，提示灯连接无线接收模块装置。

5.根据权利要求1或2所述的Z轴对刀仪，其特征在于：监控操作部分采用电脑或者智能手机。

6.根据权利要求1或2所述的Z轴对刀仪，其特征在于：支架采用抱箍安装在刀具的刀架上并位于刀具上方；摄像头和LED灯分别通过可抽拉的滑杆安装在支架上。

7.根据权利要求4所述的Z轴对刀仪，其特征在于：球头压力传感器把刀头间接的替换成压力传感器，压力传感器是触点碰触工件，数据精确，同时将检测到碰触工件这个信息更为直接转换成提示灯的闪亮，观察到提示灯闪亮，第一时间就停止工作；通过单片机输出程序记录压力系数，保证以后的对刀与第一次对刀的一致性。

8.根据权利要求1或2所述的Z轴对刀仪，其特征在于：以单片机为核心芯片，进行自动差额补偿，以及发射模块装置、无线接收模块装置组件，来实现智能记录数据与传出设定程序；加以物理按键，实现对显示屏上的初值进行调节，以达到最佳。

9.一种权利要求1所述的Z轴对刀仪的对刀方法，其特征在于：包括以下步骤：

A安装调试，保证水平；利用放置固定在整套装置的正上方的水准仪，调整水准泡位于液腔中央；

B首次对刀，远程可视；粗下刀，通过监控操作部分打开超声波测距感应器，同时下降刀头，直到测到刀头距离距与被雕刻的材料还有10毫米；打开在刀头单侧的LED灯，观察液晶显示屏，在慢慢下降刀头，观察到刀具的暗影最前方与刀头的最前方重合，此时停止下刀，完成首次对刀过程；

C刀位记忆，始终不换；下降Z轴微型滑台，接触到工件完成第一次对刀的刀头不调动；通过点动物理按键控制连接在滑台上的球头压力传感器下降，直到球面点接触到被刻材料，这时连接在球头压力传感器的提示灯会点亮，这时将进给倍率找为微米级进给，往回退，直到无提示灯亮，在进1微米,如发出光，保持住光，这时通过单片机程序记下此时的球头压力传感器下降刻度"D"值，此时保证了球面点与刀头所处的平面重合；

D对于雕刻机下次的对刀，只需要先将Z轴微型滑台下降到"D"值，让球头压力传感器与刀头处于同一个平面，然后直接下降刀具，直到观察到链接球头压力传感器的提示灯点亮，完成第二次对刀，以后的对刀就可以直接观察提示灯是否点亮就可以完成对刀；

E差额补偿，数据精准；进行多次模拟工作，测出前后多次的值，取出平均值，利用 Y=x+b,计算出差额值"b"；每次下降球头压力传感器后，单片机自动给出程序输出"b"值进行补偿差额；Y是压力传感器的位置，x是刀尖的实际位置。