CN102179723B - 基于无线电通讯的数控机床在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无线电通讯的数控机床在线测量装置，带电缆的工件测量***由于电缆的存在，所以每次测量都需要手工在机床主轴上装夹和卸下测头，比较费事。本产品包括：通过无线通讯方式连接的信号发生装置和信号接收装置，信号发生装置包括与测针（ 18 ）连接的测量开关（ 4 ），测量开关连接 CPU 一 （ 5 ）， CPU 一 连接无线电收发模块一（ 6 ），无线电收发模块一连接天线一（ 7 ）， CPU 一 连接旋传转感器（ 8 ），旋转传感器包括 Y- （ 21 ）， X+ （ 22 ）， Y+ （ 23 ）， X- （ 24 ）加速度开关；信号接收装置包括接收器盒（ 2 ）里安装的 CPU 二（ 10 ）及其连接的拨码开关（ 11 ）、信号转换模块（ 12 ）和无线电（ RF ）收发模块二（ 13 ）。本产品用于数控机床在线测量。

Description

基于无线电通讯的数控机床在线测量装置

技术领域：

本发明涉及一种基于无线电通讯的数控机床在线测量装置。

背景技术：

对于数控机床来说，工件加工的序间测量是很重要的，一方面工件每序加工的尺寸是否达到要求，需要测量才能确定，这时就需要用量具或者工件测量***来完成测量的任务。有一种带电缆的工件测量***可以完成工件的测量任务，测量数据能够通过电缆传输到机床的数控***，指导数控***进行后续加工，省去了计算和手工输入修正后的加工数值的麻烦，但是由于电缆的存在，所以每次测量都需要手工在机床主轴上装夹和卸下测头，对于有自动换刀功能的数控机床来说，显然在一定程度上限制了其功能的发挥，手工装夹测头也会占用数控机床宝贵的加工时间。

为了克服以上的缺点，后来出现了使用红外光作为通讯介质的光通讯测量***，这种***有效地解决了电缆通讯带来的麻烦，加工中不需要人为干预，需要测量时数控机床会根据数控程序自动调用红外测量***，就像加工中换刀一样容易，机床数控***会根据测量***给出的信号，实时读取相应的坐标值，以此值计算出工件尺寸的实际值。这种省去了人工操作的测量方式，使加工过程保持了很好的连续性。

但是由于光的直线传播特性，对于工件测量点正好位于光路被遮挡的位置，就会显得力不从心，对于这种情况，就必须改变测量方案，甚至丢掉原来的测量方式。这样就需要有一种更好的测量技术来弥补以上的不足。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于无线电通讯的数控机床在线测量装置，其通过无线电波进行数据通讯，数据传输采用一种突发传输的方式进行，极短的数据传输时间，避免可能发生的干扰，同时能有效地减少传输延时，提高***的响应速度。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于无线电通讯的数控机床在线测量装置，其组成包括：安装在测头里面的信号发生装置，所述的信号发生装置通过无线通讯的方式连接信号接收装置，所述的信号接收装置与机床数控***连接；

所述的信号发生装置包括与测针连接的测量开关，所述的测量开关连接CPU一，所述的CPU一连接无线电收发模块一，所述的无线电收发模块一连接天线一，所述的CPU一连接旋转传感器，所述的旋转传感器固定安装在所述的测头里面，所述的旋转传感器与所述的CPU一分别连接电源；其中，所述的旋转传感器由中心对称的Y- 21，X+ 22，Y+ 23，X- 24四个加速度开关构成；

所述的信号接收装置包括接收器盒，所述的接收器盒里面安装CPU二，所述的CPU二分别连接拨码开关、信号转换模块和无线电收发模块二，所述的无线电收发模块二连接天线二。

有益效果：

1．本发明出于对测头灵活性的考虑，设计了在接收器端对测头的休眠时间和开启/关闭方式进行设置的方案。通过拨动拨码开关的相应位进行编码，编码信号被接收器内的CPU读取，等待下次开启测头时，传送给测头。测头根据从接收器来的编码信号设置相应的项目。这种设置方式的优势就在于对于这些不需要经常设置的项目，极容易掌握操作要领，能快速完成相应的操作。

本发明通过触发测针进行测头与接收器之间的配对设置，当测头处于休眠状态时，如果有测针的触发动作，测头检测约定的动作顺序，符合约定的动作则寻找有效范围内的接收器，找到后，通过再次触发测针确认与相应的接收器配对。配对完成之后的测头与接收器才能建立通讯联络。这样做的好处是近距离范围内可以容许多套测量***共同工作。同时，触发测针所进行的设置只有配对一项，所以设置时只需按顺序进行就可以了，方便操作。

本发明测头与接收器之间的通讯可以在全球免费的频段内进行，当测头在指定的频道内与接收器进行联络时，接收器通过开启/关闭方式和从机床数控***来的启动信号决定是否通知测头启动，如果可以启动，接收器在接收到测头请求指令后，立刻发送开启指令，如果接收器有休眠时间或开启/关闭方式设置指令正在等待发送给测头，那么接收器首先发送设置指令给测头，然后再发送开启指令，紧接着会发送一个同步序列，这时测头与接收器在优选频道间同步跳转。

附图说明：

附图1是发明的结构示意图。

附图2是旋转传感器的位置示意图。

附图3是测头电路工作原理简图。

附图4是接收器工作原理简图。

附图5是测头电路原理图。

附图6是接收器电路原理图。

具体实施方式：

实施例1：

基于无线电通讯的数控机床在线测量装置，其组成包括：安装在测头1里面的信号发生装置，所述的信号发生装置通过无线通讯的方式连接信号接收装置，所述的信号接收装置与机床数控***3连接，所述的信号发生装置包括与测针18连接的测量开关4，所述的测量开关连接CPU一5，所述的CPU一连接无线电（RF）收发模块一6，所述的无线电（RF）收发模块一连接天线一7，所述的CPU一连接旋转传感器8，所述的旋转传感器固定安装在所述的测头里面，所述的旋转传感器与所述的CPU一分别连接电源9；其中，所述的旋转传感器由中心对称的Y- 21，X+ 22，Y+ 23，X- 24四个加速度开关构成；

所述的基于无线电通讯的数控机床在线测量装置，所述的信号接收装置包括接收器盒2，所述的接收器盒里面安装CPU二10，所述的CPU二分别连接拨码开关11、信号转换模块12和无线电（RF）收发模块二13，所述的无线电（RF）收发模块二连接天线二14，所述的接收器盒连接万向连接座15。

实施例2：

如图1所示，测头通过连接柄16安装到机床上17，测针安装在测头上，接收器盒安装有万向连接座上，万向连接座固定在机床上，信号接收装置的信号通过连接电缆传输给机床数控***。

当测针与工件表面接触时，造成测针偏转，由此通过在测头内部与测针相连接的测量开关产生一测量信号，当CPU一检测到这个测量信号后，立刻把相应的编码信号发送给RF收发模块一，并要求RF收发模块一立刻发送出去，RF收发模块收到编码信号后，通过GFSK（高斯频移键控）方式调制到全球免费的无线电频率上，通过天线一发送到信号接收装置。

在信号接收装置上，无线电信号经过天线二接收，经过RF收发模块二解调处理，还原成CPU 二能识别的编码信号，通知CPU二准备接收数据，CPU二提取数据，看是否是测量信号，如果是，则以高优先级把输出信号发送给信号转换模块，经过信号转换模块转换成机床数控***能识别的信号，输出到机床。

图2是旋转传感器示意图，它由中心对称的Y- 21，X+ 22，Y+ 23，X- 24四个加速度开关构成，以这样的四个加速度开关来限定只有测头旋转时才能产生相同的加速度，也就是说只有旋转才有信号产生，为了保证信号的可靠，在本例中，只有测头旋转达到300转/分钟时旋转传感器才有旋转信号传送给CPU 一，这时CPU一会有一个延时判断，也就是信号的不间断持续时间，来进一步过滤可能存在的误旋转，在本实例中，这个不间断持续时间是1秒钟，当信号持续1秒钟后，CPU 31判定此信号有效，要是不足1秒钟，就把此信号当做误动作产生的干扰信号忽略掉，当信号判定有效后，CPU一会根据所处的状态，做出相应的执行动作。例如，测头处于休眠状态并且旋转启动方式有效，这时的有效旋转信号会触发一个启动事件，即测头启动，加载运行程序，进入工作状态，同时驱动周围器件由休眠进入工作状态。相应的，在工作状态时检测到有效旋转信号，并且旋转关闭方式有效，CPU 一执行与上面相反的动作，关闭***器件，载休眠程序，测头进入休眠状态。

为防止同一个持续的有效旋转信号被误用，例如有效信号被检测到后，这个信号还在持续，如果不作处理，就可能被认为是多次有效信号，被测头误使用，影响***的稳定，解决的方法是当旋转信号持续时间超过1秒，CPU 一检测到信号后会暂时忽略此信号，不管其状态如何都不做处理，直到4秒后才再次恢复对该信号的检测。这样就为旋转停止预留了足够的稳定时间。

测头使用电池供电，测头需要对电池的电量进行检测，本例中使用CPU一内置的电压检测功能，CPU一读取电池的电压值，然后把读取到的电压值与规定好的低压值和超压值进行比较，当电压值超过电路的额定工作电压3.6伏时(这里设置的超压值是3.7伏)，CPU一关闭RF收发模块一，持续监测电池的电压，并以指示灯闪烁作为警示，当电池电量将耗尽时，电池电压会下降很快，过低的电压会使电路不能正常工作，甚至出现混乱的状况，所以需要设置一个电压值(这里是2.7伏)，在电池还够维持工作一段时间的情况下，以黄色指示灯快速闪烁来提示更换电池。

需要特别处理的是，在电池刚好低于设定的低压值时，由于电路负载并不是稳定不变的，即电池电压会有微小的波动，也就是当功耗低的时候，如休眠时，电池电压会上升，在这种情况下，势必会造成指示灯显示上的混乱，让人弄不清楚是不是低压，基于上述原因，这里设置当电池电压高于一个电压值时才认为是恢复了正常的电压值。这种处理方式要优于简单的判断低压值，例如，只要是出现低压，就持续显示低压，而不再检测电压值，这样就对异常情况失去了判断的能力。

在图4上，信号接收装置内的拨码开关用来设置测头的启动方式和休眠时间，在接收器上电且测头未启动时，CPU 二检测拨码开关的状态，当拨码开关状态改变时，CPU二检测并判断与拨码开关状态相对应的设置，当再次开启测头时，这些设置会紧跟着测头开启信号传送给测头。

测头和信号接收装置要进行数据通讯，首先要配对才能使用，配对成功的测头和信号接收装置，在以后的通讯中不需要再进行配对操作，除非更换其中的一个。

在本例中，配对时，触碰测针，使测针偏离原来的静止位置5秒钟，这时CPU 一检测测量开关的信号，确定持续时间是5秒钟，之后使测针回到静止位置，这作为配对的开始信号，CPU 一准备配对操作，接着再次触碰测针使之偏转5秒钟，然后使测针回到静止位置，这作为配对的确认信号，CPU 一检测这个确认信号后，向RF收发模块一发送搜索指令，搜索信号接收装置，信号接收装置收到搜索指令会回复一个准备好指令，CPU一接收到此指令后，会继续检测测针状态，这时，触碰一下测针，使之产生一个信号给CPU 一，之后CPU一发送绑定指令，信号接收装置的CPU二收到绑定指令，绑定测头，完成绑定操作。

Claims (1)

1.一种基于无线电通讯的数控机床在线测量装置，其组成包括：安装在测头里面的信号发生装置，其特征是：所述的信号发生装置通过无线通讯的方式连接信号接收装置，所述的信号接收装置与机床数控***连接；

所述的信号发生装置包括与测针连接的测量开关，所述的测量开关连接CPU一，所述的CPU一连接无线电收发模块一，所述的无线电收发模块一连接天线一，所述的CPU一连接旋转传感器，所述的旋转传感器固定安装在所述的测头里面，所述的旋转传感器与所述的CPU一分别连接电源；其中，所述的旋转传感器由中心对称的Y- （21），X+ （22），Y+（23），X- （24）四个加速度开关构成；

所述的信号接收装置包括接收器盒，所述的接收器盒里面安装CPU二，所述的CPU二分别连接拨码开关、信号转换模块和无线电收发模块二，所述的无线电收发模块二连接天线二。