[發明專利]一種利用傳感器檢測工件位置偏差和找正的工作臺及方法

在審

• 申請號: 202011037845.X
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112276873A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 呂浩;程教楊;周炳水;來文江
• 申請（專利權）人: 中國聯合工程有限公司
• 主分類號: B25H1/00
• 分類號: B25H1/00;G01B21/00;G01B11/00;G01B17/00
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙) 33209
• 代理人: 梁斌

1.一種利用傳感器檢測工件位置偏差和找正的工作臺，其特征在于：包括傳感器組件、數控橫向直線運動單元、數控縱向直線運動單元、機座和工件支承盤；數控縱向直線運動單元安裝固定在機座上；數控橫向直線運動單元安裝在數控縱向直線運動單元上，數控縱向直線運動單元與數控橫向直線運動單元的運動方向相互垂直；工件支承盤安裝在數控橫向直線運動單元上；傳感器組件包括傳感器支架和兩個傳感器，傳感器安裝在傳感器支架上；兩個傳感器的感測點均位于數控縱向直線運動單元的中軸線上，且呈前后設置。

2.根據權利要求1所述的利用傳感器檢測工件位置偏差和找正的工作臺，其特征在于：所述的工作臺還設置有數控回轉機構，數控回轉機構安裝在數控橫向直線運動單元上，工件支承盤和數控回轉機構連接，數控回轉機構驅動工件支承盤轉動。

3.根據權利要求1所述的利用傳感器檢測工件位置偏差和找正的工作臺，其特征在于：所述的工件支承盤為真空吸盤、電磁吸盤或者壓板式工件支承盤；所述的傳感器為光電傳感器、光纖傳感器、激光傳感器、超聲波傳感器或者是接近開關。

4.根據權利要求1所述的利用傳感器檢測工件位置偏差和找正的工作臺，其特征在于：所述的數控橫向直線運動單元和數控縱向直線運動單元的執行機構為帶位置感測功能的絲杠螺母機構、齒輪齒條機構、鏈傳動機構、帶傳動機構、凸輪導桿機構、連桿機構、油缸、直線電機或者直線運動模組。

5.根據權利要求2所述的利用傳感器檢測工件位置偏差和找正的工作臺，其特征在于：還包括控制系統，傳感器、數控回轉機構、數控橫向直線運動單元、數控縱向直線運動單元均與控制系統電連接。

6.一種利用傳感器檢測工件位置偏差和找正的方法，其特征在于：采用權利要求1-5任一權利要求所述的工作臺，步驟如下：

設：X₁軸、Y₁軸為工件支承盤的中心線，O₁點為工件支承盤的回轉中心點，X₁軸垂直于Y₁軸，并且X₁軸和Y₁軸相交于O₁點；X軸為數控橫向直線運動單元的中軸線，與X₁軸重合；Y軸為數控縱向直線運動單元的中軸線，與Y₁軸平行，Y軸與X軸垂直相交于O點；兩個傳感器的感測點之間的距離為L；

一、被檢測邊為直線的工件的檢測位置偏差和找正步驟如下：

設：X₂軸為過O₁點的垂直于工件被檢測邊的軸線，Y₂軸為過O₁點的平行于工件被檢測邊的軸線；所述的工作臺還設置有數控回轉機構，工件支承盤和數控回轉機構連接，數控回轉機構驅動工件支承盤轉動；

(1)送檢過程：

將工件上件到工件支承盤并觸發送檢：數控縱向直線運動單元不動，數控橫向直線運動單元將工件支承盤和其上的工件移動到傳感器感測區，第一個傳感器檢測到工件被檢測邊上的一點，此時Y₁軸與Y軸的距離S₁即為該點與O₁點的X軸向距離；之后，數控橫向直線運動單元繼續移動工件支承盤，第二個傳感器檢測到工件被檢測邊上的另一點，同樣，此時Y₁軸與Y軸的距離S₂即為該點與O₁點的X軸向距離；

數控橫向直線運動單元繼續移動工件支承盤，直至O₁點與O點重合、Y₁軸與Y軸重合，送檢動作結束；根據S₁與S₂，計算出兩個被檢測到的點之間X向的距離S＝S₁-S₂，再計算出工件的偏轉角β為：

根據幾何關系，可求得被檢測邊到O₁點的距離K為：

(2)偏轉角找正過程：

根據偏轉角β的數值，數控回轉機構驅動工件支承盤回轉，回轉停止時，Y軸、Y₁軸、Y₂軸重合，Y₂O₁X₂坐標系、Y₁O₁X₁坐標系及YOX坐標系三個坐標系重合，工件的偏轉角得以消除；此時，工件被檢測邊平行于Y軸，且到Y軸的距離為K，且工件被檢測邊在Y₂O₁X₂坐標系中的X₂軸上的坐標，即是工件被檢測邊在YOX坐標系中X軸上的坐標，其坐標值為x_K；

(3)橫向找正過程：

偏轉角找正完成，啟動工件的橫向找正，橫向找正分為對邊找正、對中心線找正或者對中心點找正：

對邊找正：設工件在下一工位理想位置時，被檢測邊平行于Y軸且與Y軸的距離為H，其在X軸上的坐標值為x_H；數控橫向直線運動單元動作，使工件移動距離為|x_K-x_H|，完成工件的橫向找正；

對中心線找正：設被檢測邊到工件中心線的距離為T，設該工件中心線在X軸上的坐標值為x_T，設工件在下一工位的理想位置時，中心線到Y軸在X軸向的距離為P，其在X軸上的坐標值為x_P；數控橫向直線運動單元動作，使工件中心線移動距離為|x_P-x_T|，便完成工件的橫向對中心線找正；

對中心點找正：設被檢測邊到工件中心點的距離為T’，設該工件中心點在X軸上的坐標值為x_T′設工件在下一工位的理想位置時，中心點到Y軸在X軸向的距離為P’，其在X軸上的坐標值為x_P′；數控橫向直線運動單元動作，使工件中心點移動距離為|x_P′-x_T′|，便完成工件的橫向對中心點找正；

(4)縱向找正過程：

橫向找正完成后，數控縱向直線運動單元使工件沿Y軸向下一工位理想位置方向移動，工件上設有輔助邊，當第二個傳感器檢測到輔助邊上的一點后，數控縱向直線運動單元再行走固定距離，使得工件到達下一工位理想位置；

二、被檢測邊為圓弧形或圓形的工件檢測位置偏差和找正步驟如下：

(1)送檢過程：

將工件上件到工件支承盤并觸發送檢：數控縱向直線運動單元不動，數控橫向直線運動單元將工件支承盤和其上的工件移動到傳感器感測區，第一個傳感器檢測到工件被檢測邊上的一點，此時Y₁軸與Y軸的距離x_A即為該點與O₁點的X軸向距離；之后，數控橫向直線運動單元繼續移動工件支承盤，第二個傳感器檢測到工件被檢測邊上的另一點，同樣，此時Y₁軸與Y軸的距離x_B即為該點與O₁點的X軸向距離；

數控橫向直線運動單元繼續移動工件支承盤，直至O₁點與O點重合、Y₁軸與Y軸重合，送檢動作結束，兩個傳感器的感測點在YOX坐標系的Y軸上的坐標分別是(0，L/2)和(0，-L/2)，于是兩個被檢測到的點的坐標分別為(x_A，L/2)和(x_B，-L/2)，被檢測邊的半徑為R，于是可得如下方程組：

在x的兩個解中選取絕對值小的一個，并以x的這個解，求得對應的y的值，計算出工件此時位置圓心在YOX坐標系的坐標O_gj(x，y)；

(2)找正過程：

通過數控橫向直線運動單元和數控縱向直線運動單元的動作，使工件的圓心坐標，與工件在下一工位理想位置時的圓心坐標重合，從而使被檢測邊為圓弧形或圓形的工件得以找正；

三、被檢測邊為橢圓形的工件檢測位置偏差和找正步驟如下：

設Y₂軸為過O₁點的平行于橢圓長軸的軸線；所述的工作臺還設置有數控回轉機構，工件支承盤和數控回轉機構連接，數控回轉機構驅動工件支承盤回轉；；

(1)送檢過程：

將工件上件到工件支承盤并觸發送檢：數控縱向直線運動單元不動，數控橫向直線運動單元將工件支承盤和其上的工件移動到傳感器感測區；第一個傳感器檢測到工件被檢測邊上的一點，此時Y₁軸與Y軸的距離x_A1即為該點與O₁點的X軸向距離；之后，數控橫向直線運動單元繼續移動工件支承盤，第二個傳感器檢測到工件被檢測邊上的第二點，此時Y₁軸與Y軸的距離x_B1即為該點與O₁點的X軸向距離；再之后，數控橫向直線運動單元繼續移動工件支承盤，第一個傳感器又感應到工件被檢測邊上的第三點，此時Y₁軸與Y軸的距離x_A2即為該點與O₁點的X軸向距離；最后，數控橫向直線運動單元繼續移動工件支承盤，第二個傳感器感應到工件被檢測邊上的第四點，此時Y₁軸與Y軸的距離x_B2即為該點與O₁點的X軸向距離；完成以上四個點的檢測后，橫向直線運動單元運動，當O₁點與O點重合后、Y₁軸與Y軸重合后，送檢動作結束；兩個傳感器的感測點在YOX坐標系的Y軸上的坐標分別是(0，L/2)和(0，-L/2)，則以上四個被檢測到點在YOX坐標系中的坐標分別為：(x_A1，L/2)、(x_B1，-L/2)、(x_A2，L/2)、(x_B2，-L/2)；工件被檢測邊的半長軸為a，半短軸為b，工件橢圓兩個焦點為F₁和F₂，此時位置時焦點F₁的坐標為(x₁，y₁)，焦點F₂的坐標為(x₂，y₂)，于是可得如下方程組：

求得F₁和F₂的坐標后，再求得橢圓長軸與Y軸的夾角β，此角即為橢圓長軸的偏轉角，并求出焦點F₁到O點的距離R：

(2)偏轉角找正過程：

根據偏轉角β的數值，數控回轉機構驅動工件支承盤回轉，Y軸、Y₁軸、Y₂軸重合，橢圓長軸與Y軸平行，橢圓長軸的偏轉角得以消除；

(3)橫向和縱向找正過程：

計算偏轉角找正后工件橢圓長軸到Y軸的距離H和橢圓焦點F₁’到O點的距離M：

數控橫向直線運動單元橫向移動距離為|H|，使工件兩個焦點在YOX坐標系中的X軸坐標為0，工件橫向位置偏差得以找正；

設工件在下一工位理想位置時，其橢圓焦點F₁到X軸的距離為U，數控縱向直線運動單元縱向移動距離為|U-M|，使工件兩個焦點與理想位置的焦點重合，工件縱向位置偏差得以找正。