[發明專利]自動換刀旋轉機械臂振動測量裝置

有效

• 申請號: 201310272865.9
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN103331648A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 崔晶;王迪凡;駱玉霞;牟宏明;楊宇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23Q17/12
• 分類號: B23Q17/12;B23Q17/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域：

本發明屬于數控加工中心自動換刀設備檢測領域，主要用于采集自動換刀裝置中換刀機械臂的振動信號。

背景技術：

刀庫及自動換刀裝置是實現刀具儲備及刀具自動交換的重要功能部件，是高檔加工中心和重型加工中心的重要組成部分。加工中心所需要用到的各種刀具存儲在刀庫中，刀庫將需要用到的刀具準確地送到換刀位置，然后，通過換刀裝置將刀庫中待用的刀具與主軸上的工作刀具進行交換。

本發明所涉及的是圓盤式刀庫。圓盤式刀庫通常應用在小型立式綜合加工機上，“圓盤刀庫”一般俗稱“盤式刀庫”，以便和“斗笠式刀庫”、“鏈條式刀庫”相區分。圓盤式的刀庫需搭配自動換刀機構ATC(Auto?Tools?Change)進行刀具交換。對于圓盤刀庫及其自動換刀機構來說，評價換刀過程是否正確、順暢，采集換刀機構的振動信號是一種直接而快速的辦法。

一般來說旋轉換刀機械臂是自動換刀機構的核心部件，其測試均為長時間不間斷的不停機測試，獲得數近百萬次換刀的測試數據，因此必須擁有一種可靠性高、對測試本體結構影響小、方便快捷的振動測試方法才能獲得自動換刀機構的換刀機械臂振動信號。

由于換刀機械臂的運動方式是間歇單方向低速回轉，而加速度傳感器固定在機械臂上，若將信號調理裝置和無線發射裝置相對靜止于機械臂，會導致加速度傳感器獲得振動信號的同時讓加速度傳感器的信號線發生纏繞。應對這種旋轉機構測傳感器繞線問題的傳統辦法是在測量本體上安裝低功耗的傳感器及調理器并且附加一個射頻發射模塊，此外若不采用電池供電還需在回轉機構上加裝線圈和永磁體以便切割磁力線獲得感應電壓，并調理為傳感器和射頻模塊所需的電源。但是這個方案會致使機械結構改動較大，此外傳感器和調理器一旦安裝就確定了測量內容，通用性較差。

發明內容：

本發明的目的在于實現旋轉機械臂的連續振動信號測量，并針對現有的繞線問題和結構改動較大等問題提供一種快捷的旋轉式機械臂的振動測量裝置。本發明的主要由隨動轉臺系統和無線振動測量系統組成。由于隨動轉臺上承載的無線振動測量系統可以在隨動轉臺的承載下根據旋轉機構的運動而隨動，這就可以有效避免傳感器繞線的問題。此外由于隨動轉臺可以任意承載不同的信號調理器，因此本發明還可以測量其他信號。

本發明的主要目的在于提出一種適用于自動換刀機械臂振動測量的解決方法，采用隨動轉盤的方式代替將測量-調理-無線發射器件安裝在測量本體上的傳統方案，本方法在避免旋轉機構測量時傳感器線纜繞線的問題的同時擴展了旋轉機構物測量的適用范圍，在測量加速度信號的同時還可以根據需要更換測量設備，實現對其他物理量的測量。

自動換刀旋轉機械臂振動測量裝置，包括隨動轉臺6和無線振動測量系統大部分；

所述的隨動轉臺6包括轉臺底座10、轉臺底板8、轉臺直流電機9、轉臺轉盤7；轉臺底座10為一上開口薄壁空心圓柱，其內部安裝有控制器印刷電路板19；轉臺底座10上方緊固著轉臺底板8，其圓心處有一轉盤轉軸17支撐著上方的轉臺轉盤7；在轉臺底板8下方安裝一轉臺直流電機9，轉臺直流電機9的輸出軸穿過轉臺底板8上的開孔與位于轉臺底板8上的轉臺減速齒輪相連接，使得轉臺直流電機9的輸出軸將動力傳遞至轉臺底板8上的轉臺減速齒輪12；轉臺減速齒輪12與轉臺轉盤7內側的圓周齒條嚙合實現對轉臺轉盤7的驅動；控制器印刷電路板19的控制端與轉臺直流電機9相連，驅動轉臺直流電機9的轉動。

在旋轉機械臂14回轉軸鉛垂下方放置隨動轉臺6；轉臺轉盤7上自由放置一塊鋰電供電電源4和信號無線發射模塊5，其中信號無線發射模塊5中內置一IEPE恒流源3用以驅動IEPE加速度傳感器2；IEPE加速度傳感器2任意安裝在旋轉機械臂14上的所需測量位置，信號無線發射模塊5的信號線與IEPE加速度傳感器2相連；IEPE加速度傳感器2所測加速度信號經由無線發射模塊5采集后，發送至上位機。

轉臺轉盤7的邊緣等距開槽，光電開關11安裝在轉臺底板8邊緣的開槽內，通過在轉臺轉盤7上等距開槽的方式獲得轉臺轉盤7的角度信號；光電開關11所得的角度信號為以脈沖的形式傳入轉臺下位控制器13，轉臺下位控制器13記錄所獲得的脈沖數和時間即可得到轉臺的位置和速度信息。