CN108161742B - 基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，涉及数控磨床领域，旨在解决难以把握砂轮修整的时机，无法实现修整自动化的问题，其技术要点在于：通过CCD相机观察砂轮整体的表面粗糙度，以及数字化传感器监测砂轮及金刚石滚轮的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度，并传输至控制端，与数据库中存储的预设目标磨削数据进行对比，并通过判断结果控制第一执行件、第二执行件动作，以决定相对磨削速度与切向进给速度的比值，直至最终使实时磨削数据与目标磨削数据相匹配，从而提高磨床磨削加工过程的自动化程度，提高工作效率和保证产品合格率。

Description

基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***

技术领域

本发明涉及数控磨床领域，尤其涉及一种基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***。

背景技术

磨床砂轮的修整使用最广泛的是单颗粒金刚石笔修整法，但这种修整方法只能修整单一的直线廓形，当需要修整具有复杂廓形表面时，往往采用更具先进性的金刚石滚轮修整。而目前已经拥有的成形磨削工艺，是通过双轴联动、依靠数控方式对修整器刀具运行路线加以控制，从而对砂轮进行成形修整，其具有复杂成形面修整效果好、使用寿命长、经久耐用和适用范围广等优点。

现有公布号为CN104942716A的中国专利公开了一种金刚石滚轮修整外圆磨床砂轮的装置，包括导轨架、托板、丝杆、拉簧、滚轮支架、金刚石滚轮、回转轴，导轨架的水平底面固装在外圆磨床的砂轮架上；托板与导轨架之间组成移动副、与丝杆之间组成螺旋副；丝杆螺纹的上部活动连接导轨架；金刚石滚轮紧固在回转轴的中部轴头上；回转轴的两端轴颈通过轴承安装在滚轮支架两平行侧壁部的孔内；滚轮支架外的回转轴轴头上装有带轮，其通过传动带与安装在滚轮支架上的电动机相连接；滚轮支架中的一侧壁与托板紧固，并使金刚石滚轮位于砂轮上部，且轴线与砂轮轴线在同一平面内平行。

但是为了把握砂轮修整的时机，一般是采用静态检测的方法，例如现有技术中的滚动复印法和触针法，这些方法是离线的、事后的检测，因此不利于提高工作效率和保证产品合格率，无法实现修整自动化。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，实时监测并及时修整，从而提高磨床磨削加工过程的自动化程度，降低加工成本和废品率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，包括：

被金刚石滚轮修整打磨并输出实时磨削数据符合目标磨削数据的砂轮，以及一控制子***，所述目标磨削数据与所述实时磨削数据相对应，均包括砂轮修形数据以及砂轮修锐数据；

所述控制子***包括：

至少一组设置于所述金刚石滚轮与砂轮的修整处，对所述砂轮的实时磨削数据进行检测的CCD相机；

设置于所述金刚石滚轮与砂轮的修整处，对所述砂轮及金刚石滚轮的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度进行监测的多组数字化传感器；

分别设置于所述金刚石滚轮、砂轮上，控制两者的修整参数的第一执行件和第二执行件；以及，

与各所述CCD相机、数字化传感器通信连接，将所述检测所得的实时磨削数据与对应的目标磨削数据比对，并监测所述表面残留应力、钝化程度、热损伤程度，以控制所述第一执行件、第二执行件动作，以期输出符合目标磨削数据要求的砂轮的控制端。

通过采用上述技术方案，设置控制子***来实时监测并及时修正以输出实时磨削数据符合目标磨削数据的砂轮，从而提高磨床磨削加工过程的自动化程度，降低加工成本和废品率，其中在金刚石滚轮与砂轮修整处设置CCD相机，可对砂轮的实时磨削数据进行检测来观察砂轮整体的表面粗糙度；在金刚石滚轮与砂轮修整处设置数字化传感器，用来监测砂轮及金刚石滚轮的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度；进而根据表面残留应力、钝化程度、热损伤程度、表面粗糙度所得参数与砂轮修锐数据之间的目标关联关系，并将检测所得的实时磨削数据与对应的目标磨削数据比对，利用控制端控制第一执行件、第二执行件动作，以期输出符合目标磨削数据要求的砂轮，实现自动化修整。

进一步地，所述砂轮修锐数据包括接触条件、切除量、切除率、工件材料、砂轮特性及磨削液的一种或多种的组合，所述接触条件与至少一种所述砂轮及金刚石滚轮的表面粗糙度、表面残留应力、钝化程度、热损伤程度所得参数数据间的目标关联关系。

通过采用上述技术方案，在砂轮修行数据一定的情况下，因为砂轮修锐数据取决于磨削速度与切向进给速度的比值，分析接触条件、切除量、切除率、工件材料、砂轮特性及磨削液的一种或多种的组合与砂轮修锐数据的目标关联关系，使目标磨削数据与实时目标数据进行比对，提高判断的准确性。

进一步地，所述CCD相机包括：

设置于所述CCD相机外侧，以避免其受到修整打磨出的碎屑影响的保护罩；

设置于所述CCD相机一侧，以控制所述CCD相机拍摄远近的调节杆。

通过采用上述技术方案，利用CCD相机每隔0.05s抓拍一次观察到砂轮整体的表面粗糙度，并罩设保护罩提高CCD相机的使用寿命，设置调节杆来控制CCD相机的拍摄远近，避免拍摄距离过远或过近引起的误差。

进一步地，所述数字化传感器包括：

设置于所述金刚石滚轮修整磨床横梁上的导轨；

设置于所述导轨上，用于承载数字化传感器及数字化传感器一侧CCD相机的滑动件。

通过采用上述技术方案，利用数字化传感器监测砂轮及金刚石滚轮的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度，并在修整磨床的横梁上设置导轨，使承载数字化传感器与CCD相机的滑动件沿竖直方向滑移，即始终保持在金刚石滚轮与砂轮修整处的正上方，保证监测的准确度。

进一步地，所述第一执行件包括：

设置于所述金刚石滚轮上，使金刚石滚轮可沿轴自转的双顶尖支承式夹具；

设置于所述双顶尖支承式夹具一侧，通过皮带轮传动以控制金刚石滚轮工作的第一伺服电机；

设置于所述金刚石滚轮修整磨床上，承载所述双顶尖支承式夹具、第一伺服电机及金刚石滚轮，并实现回转和分度定位的高精度水平转台。

通过采用上述技术方案，设置第一伺服电机来控制金刚石滚轮工作，即利用第一伺服电机的功率调控金刚石滚轮的光修转速，并设置高精度水平转台，来实现回转和分度定位以调控金刚石滚轮的进给率。

进一步地，所述第二执行件包括：

设置于所述砂轮上，使砂轮可沿轴自转的动力轴；

设置于所述动力轴相对砂轮一侧，以调控动力轴长度的伸缩气缸；

设置于所述伸缩气缸相对砂轮一侧，通过皮带轮传动以控制砂轮工作的第二伺服电机。

通过采用上述技术方案，设置与砂轮连接的伸缩气缸来配合高精度水平转台调节间距，从而实现进给率的精准把控，并设置第二伺服电机，改变其功率调整砂轮的光修转速，以决定相对磨削速度与切向进给速度的比值。

进一步地，所述控制端包括至少一台个人计算机及至少一台采用堆栈算法进行数据存储的可编程逻辑控制器；

所述可编程逻辑控制器存储有调整所得砂轮的目标磨削数据，所述可编程逻辑控制器同时控制所述第一执行件、第二执行件动作以期输出实时磨削数据符合目标磨削数据要求的所得砂轮；

所述个人计算机及所述可编程逻辑控制器通信连接实现数据同步。

通过采用上述技术方案，采用堆栈算法进行数据存储，实现数据的重复覆盖，即最近的数据若有新的数据到来将覆盖替换旧的数据；另外，个人计算机及可编程逻辑控制器之间进行数据同步，防止信息丢失。

进一步地，所述控制端与所述CCD相机、数字化传感器通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。

通过采用上述技术方案，在控制端每次启动时给CCD相机、数字化传感器一个信号，由CCD相机、数字化传感器再反馈一个信号给控制端，控制端对反馈的信号进行比对判断，并发出拒绝使用、警告或正常启用的指示信息。

进一步地，所述个人计算机与所述可编程逻辑控制器通过心跳信号的交互进行工作状态的相互检查。

通过采用上述技术方案，实现个人计算机与可编程逻辑控制器各自工作状态的相互检测，从而防止一方宕机而导致信息的遗漏。

进一步地，所述可编程逻辑控制器内存储数字化检测***中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，并根据各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息判断其是否需要更换或维修，若是，则进行本地和/或远程警示。

通过采用上述技术方案，实现了对各部件工作状态的预判功能，提前提醒工作人员更换或维修，防止故障发生，提高工作效率。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、通过设置CCD相机与数字化传感器，观察砂轮整体的表面粗糙度，并监测砂轮及金刚石滚轮的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度，将目标磨削数据与实时磨削数据进行比对判断，从而降低加工成本和废品率；

2、通过设置第一执行件与第二执行件，调整后以决定相对磨削速度与切向进给速度的比值，直至最终使实时磨削数据与目标磨削数据相匹配，从而提高磨床磨削加工过程的自动化程度，提高工作效率和保证产品合格率；

3、通过在控制端与CCD相机、数字化传感器间通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查，提高***的稳定性；

4、通过在个人计算机与可编程逻辑控制器通过心跳信号的交互进行工作状态的相互检查，有效防止信息丢失；

5、通过在可编程逻辑控制器内存储数字化检测***中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，实现了***的预判功能，防止故障发生，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***的整体结构示意图；

图2是图1中A部分的放大示意图；

图3是本发明实施例基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***的模块示意图。

图中，1、金刚石滚轮；11、砂轮；21、CCD相机；211、保护罩；212、调节杆；22、数字化传感器；221、导轨；222、滑动件；23、第一执行件；231、双顶尖支承式夹具；232、第一伺服电机；233、高精度水平转台；24、第二执行件；241、动力轴；242、伸缩气缸；243、第二伺服电机；25、控制端；251、个人计算机；252、可编程逻辑控制器；253、数据库；254、逻辑控制单元；255、警报单元；3、坐标子***。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明披露了一种基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，如图1和图2所示，该修整磨床工作台上分别安装有金刚石滚轮1和砂轮11，根据被加工零件的技术要求相应的制造符合轮廓形状、尺寸和精度的金刚石滚轮1，通过将金刚石滚轮1安装在修整磨床的修整装置上来修整普通陶瓷砂轮或CBN砂轮，砂轮11成型后再磨削零件。即在打磨之前，修整磨床工作台上设置有基于X轴、Y轴调整的坐标子***3，通过坐标子***3配合金刚石滚轮1的基本参数使砂轮11具有一定的几何形状（修行），随后使砂轮11锐利，具有一定的粗糙度（修锐）。与砂轮修行数据不同，砂轮修锐数据取决于磨削速度与切向进给速度的比值，其包括接触条件、切除量、切除率、工件材料、砂轮特性及磨削液的一种或多种的组合，所以不便于把握砂轮修整的时机，因此，本数字化监测***设置了控制子***用来实时监测并及时修正，以输出实时磨削数据符合目标磨削数据的砂轮11，从而提高磨床磨削加工过程的自动化程度，降低加工成本和废品率。

如图2和图3所示，控制子***包括至少一组设置于金刚石滚轮1与砂轮11修整处的CCD相机21；多组设置于金刚石滚轮1与砂轮11修整处的数字化传感器22；分别设置于金刚石滚轮1、砂轮11上的第一执行件23和第二执行件24；以及，与各CCD相机21、数字化传感器22通信连接，并控制第一执行件23、第二执行件24动作，以期输出符合目标磨削数据要求的砂轮11的控制端25。

如图2所示，本发明此实施例中为一组位于金刚石滚轮1与砂轮11修整处的正上方的CCD相机21，用于对砂轮11的实时磨削数据进行检测，每隔0.05s抓拍一次能观察到砂轮11整体的表面粗糙度，相比较用光学显微镜人眼观察，大大降低人工成本。同时，CCD相机21外侧设置有避免CCD相机21受到修整打磨出的碎屑影响的保护罩211，提高了CCD相机21的使用寿命，并且CCD相机21镜头上方一侧设置有可控制CCD相机21拍摄远近的调节杆212，通过该调节杆212可避免遗漏拍摄距离过远或过近引起的误差。

如图1和图2所示，本发明此实施例中为三组位于CCD相机21一侧的数字化传感器22，其中这三组数字化传感器22分别用于监测砂轮11及金刚石滚轮1的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度。同时，该修整磨床的横梁上设置有导轨221，导轨221上设置有可沿竖直方向位移的滑动件222，将数字化传感器22与CCD相机21一同安装在滑动件222上，可随金刚石滚轮1与砂轮11的修整处进行微调，始终保持在修整处的正上方，保证监测的准确度。

因为砂轮修锐数据与至少一种砂轮11及金刚石滚轮1的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度、表面粗糙度所得参数具有目标关联关系，所以控制第一执行件23、第二执行件24动作，实现自动化修整，如图1和图2所示，第一执行件23包括设置在金刚石滚轮1上的双顶尖支承式夹具231，使金刚石滚轮1能够沿轴自转修整砂轮11，双顶尖支承式夹具231一侧设置有与金刚石滚轮1相连的第一伺服电机232，通过皮带轮传动来控制金刚石滚轮1工作，即利用第一伺服电机232的功率调控金刚石滚轮1的光修转速。同时，金刚石滚轮修整磨床上设置有承载上述双顶尖支承式夹具231、第一伺服电机232及金刚石滚轮1的高精度水平转台233，用来实现回转和分度定位以调控金刚石滚轮1的进给率。

为了与第一执行件23相配合，如图1和图2所示，第二执行件24包括设置在砂轮11上的动力轴241，使砂轮11能够沿轴自转与金刚石滚轮1保持相对运动，并且动力轴241相对砂轮11一侧设置有伸缩气缸242，用来配合高精度水平转台233调节间距，从而实现进给率的精准把控。同时，伸缩气缸242相对砂轮11一侧设置有与砂轮11相连的第二伺服电机243，通过皮带轮传动来控制砂轮11工作，即利用第二伺服电机243的功率调整砂轮11的光修转速，以决定相对磨削速度与切向进给速度的比值，进而根据宏观监测、微观调控得到符合目标磨削数据的砂轮11。

如图3所示，控制端25与对应的CCD相机21、数字化传感器22、第一执行件23及第二执行件24连接，控制端25包括:至少一台个人计算机251及与个人计算机251对应的至少一台可编程逻辑控制器252，各CCD相机21、数字化传感器22分别与个人计算机251及可编程逻辑控制器252连接，各第一执行件23、第二执行件24与可编程逻辑控制器252连接。可编程逻辑控制器252包括数据库253，个人计算机251具有可视化操作界面，个人计算机251与可编程逻辑控制器252之间通信连接，使操作人员可通过个人计算机251对可编程逻辑控制器252进行控制操作，同时，实现了个人计算机251及可编程逻辑控制器252之间进行数据同步，但是，在本发明此实施方式中，可编程逻辑控制器252的数据库253其存储数据量较小,且采用堆栈算法临时存储数据，而个人计算机251采用硬盘存储，其存储数据量较大，可编程逻辑控制器252接收新的预设信息后即同步至个人计算机251进行存储，以防止数据丢失，同时其自身实现了数据的重复覆盖，即最近的数据若有新的数据到来将覆盖替换旧数据，以实现数据的迭代。

如图3所示，可编程逻辑控制器252还包括逻辑控制单元254及警报单元255，数据库253以及警报单元255均连接于逻辑控制单元254。各CCD相机21、数字化传感器22将检测到的调整所得砂轮11的实时磨削数据反馈至可编程逻辑控制器252，逻辑控制单元254根据CCD相机21、数字化传感器22的反馈信息，从数据库253中对应目标磨削数据发送至逻辑控制单元254进行比对判断，并通过判断结果控制第一执行件23、第二执行件24动作。

如图3所示，可编程逻辑控制器252的数据库253中存储有数字化监测***中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，可根据各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息判断其是否需要更换或维修，若是，则控制警报单元255进行本地警示，实现了对各部件工作状态的预警功能，提前提醒工作人员更换或维修，防止故障发生，提高工作效率。

为了提高***的稳定性，如图3所示，控制端25与CCD相机21、数字化传感器22之间通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查，在控制端25每次启动时给CCD相机21、数字化传感器22一个信号，CCD相机21和数字化传感器22再反馈一个信号给控制端25，该反馈信号包括各CCD相机21与数字化传感器22的ID信息，控制端25对反馈的信号与数据库253中的对应ID信息进行比对判断，在CCD相机21或数字化传感器22存在问题时，或出现某种症状需要处理但暂时不会影响正常运行时，以及传感器的变化在误差范围内时候，做出拒绝使用、警告或正常启用的指示信息。

为了防止信息丢失，如图3所示，个人计算机251与可编程逻辑控制器252通过心跳信号的交互进行工作状态的相互检查。即设定可编程逻辑控制器252及个人计算机251在预设时间内相互收不到对方信号时，则判断个人计算机251或可编程逻辑控制器252宕机，在个人计算机251或可编程逻辑控制器252其中一方宕机的情况下，***停止运行，等待处于宕机状态的个人计算机251或可编程逻辑控制器252重启，或***继续运行，但数据直接存入正常工作的个人计算机251或可编程逻辑控制器252，待宕机方重启后，再将数据传输至宕机方。其中，判断个人计算机251或可编程逻辑控制器252是否正常的预设时间不大于1分钟。

本发明披露的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，通过CCD相机21观察砂轮11整体的表面粗糙度，以及数字化传感器22监测砂轮11及金刚石滚轮1的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度，并传输至控制端25，与数据库253中存储的预设目标磨削数据进行对比，并通过判断结果控制第一执行件23、第二执行件24动作，以决定相对磨削速度与切向进给速度的比值，直至最终使实时磨削数据与目标磨削数据相匹配，从而提高磨床磨削加工过程的自动化程度，提高工作效率和保证产品合格率。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，包括：

获取被金刚石滚轮（1）修整打磨的砂轮（11）的实时磨削数据，并判断所述实时磨削数据与目标磨削数据是否符合，若符合，则输出砂轮（11），以及一控制子***，所述目标磨削数据与所述实时磨削数据相对应，均包括砂轮修形数据以及砂轮修锐数据，所述砂轮修锐数据包括接触条件、切除量、切除率、工件材料、砂轮特性及磨削液的一种或多种的组合，所述砂轮修锐数据与至少一种所述砂轮（11）及金刚石滚轮（1）的表面粗糙度、表面残留应力、钝化程度、热损伤程度所得参数数据间有目标关联关系；

所述控制子***包括：

至少一组设置于所述金刚石滚轮（1）与砂轮（11）的修整处，对所述砂轮（11）的实时磨削数据进行检测的CCD相机（21）；

设置于所述金刚石滚轮（1）与砂轮（11）的修整处，对所述砂轮（11）及金刚石滚轮（1）的表面残留应力、钝化程度、热损伤程度进行监测的多组数字化传感器（22）；

分别设置于所述金刚石滚轮（1）、砂轮（11）上，控制两者的修整参数的第一执行件（23）和第二执行件（24）；以及，

与各所述CCD相机（21）、数字化传感器（22）通信连接，将所述检测所得的实时磨削数据与对应的目标磨削数据比对，并监测所述表面残留应力、钝化程度、热损伤程度，以控制所述第一执行件（23）、第二执行件（24）动作，以期输出符合目标磨削数据要求的砂轮（11）的控制端（25）。

2.根据权利要求1所述的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，所述CCD相机（21）包括：

设置于所述CCD相机（21）外侧，以避免其受到修整打磨出的碎屑影响的保护罩（211）；

设置于所述CCD相机（21）一侧，以控制所述CCD相机（21）拍摄远近的调节杆（212）。

3.根据权利要求2所述的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，所述数字化传感器（22）包括：

设置于所述金刚石滚轮修整磨床横梁上的导轨（221）；

设置于所述导轨（221）上，用于承载数字化传感器（22）及数字化传感器（22）一侧CCD相机（21）的滑动件（222）。

4.根据权利要求3所述的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，所述第一执行件（23）包括：

设置于所述金刚石滚轮（1）上，使金刚石滚轮（1）可沿轴自转的双顶尖支承式夹具（231）；

设置于所述双顶尖支承式夹具（231）一侧，通过皮带轮传动以控制金刚石滚轮（1）工作的第一伺服电机（232）；

设置于所述金刚石滚轮修整磨床上，承载所述双顶尖支承式夹具（231）、第一伺服电机（232）及金刚石滚轮（1），并实现回转和分度定位的高精度水平转台（233）。

5.根据权利要求4所述的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，所述第二执行件（24）包括：

设置于所述砂轮（11）上，使砂轮（11）可沿轴自转的动力轴（241）；

设置于所述动力轴（241）相对砂轮（11）一侧，以调控动力轴（241）长度的伸缩气缸（242）；

设置于所述伸缩气缸（242）相对砂轮（11）一侧，通过皮带轮传动以控制砂轮（11）工作的第二伺服电机（243）。

6.根据权利要求5所述的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，所述控制端（25）包括至少一台个人计算机（251）及至少一台采用堆栈算法进行数据存储的可编程逻辑控制器（252）；

所述可编程逻辑控制器（252）存储有调整所得砂轮（11）的目标磨削数据，所述可编程逻辑控制器（252）同时控制所述第一执行件（23）、第二执行件（24）动作以期输出实时磨削数据符合目标磨削数据要求的所得砂轮（11）；

所述个人计算机（251）及所述可编程逻辑控制器（252）通信连接实现数据同步。

7.根据权利要求6所述的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，所述控制端（25）与所述CCD相机（21）、数字化传感器（22）通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。

8.根据权利要求6所述的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，所述个人计算机（251）与所述可编程逻辑控制器（252）通过心跳信号的交互进行工作状态的相互检查。

9.根据权利要求6所述的基于金刚石滚轮修整磨床的数字化检测***，其特征在于，所述可编程逻辑控制器（252）内存储数字化检测***中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，并根据各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息判断其是否需要更换或维修，若是，则进行本地和/或远程警示。