CN109570665A - 一种针对模具钢的高精度检测装置、及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种针对模具钢的高精度检测装置、及其检测方法。本发明通过激光发射管与接收管组成的检测阵列，可以在对模具钢工件进行切割的过程中同步的检测其切割状态，获得检测矩阵，通过将其与加工目标矩阵G对比获得误差距离，针对该误差距离相应的控制切割装置进行切割作业。由于采用激光进行高精度的检测，本发明可以在不中断切割的过程中同步完成对工件的检验，以此保证切割的精度。

Description

一种针对模具钢的高精度检测装置、及其检测方法

技术领域

本发明涉及模具钢加工设备领域，尤其涉及一种针对模具钢的高精度检测装置、及其检测方法。

背景技术

模具钢常用于制造冷冲模、热冲模或压铸模，其具有较大的硬度，因而不易加工。切割过程中，易造成切割刀断刀，切割面粗糙，难以符合加工精度要求。

由于模具钢本身硬度较高，切割过程中，作用于其上的切割刀容易断刀，或者打滑，偏移，切割刀或待切割的模具钢工件之间易在切割过程中产生位置的偏移。

现有的切割装置，其切割平台仅仅能够实现对待切割工件的送料，并不能够保证切割过程中工件位置稳定。一旦切割过程中工件相对切割刀发生位置偏移，通常的做法是人工关停机器，纠正该偏移，或者通过增设机械手纠正该偏移。

但实际操作时，切割过程中，由于切割点电火花所产生的视觉干扰，加上切割所产生的静电力和***力的作用，操作人员很难及时检测到该位置偏移。通常只有当模具钢完成切割之后才能通过检测装置获知其切割精度未达到要求。因此，现有模具钢切割之后往往还需要进一步的切削、铣削、磨削过程。加工效率不高。

此外，切割过程中为检测并调整上述偏移量所消耗时间内，由于切割装置被关停，会使得模具钢表面的晶结构异化，向内形成热变质层，影响工件应力强度，后续恢复切割时，容易造成工件变形、开裂。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种针对模具钢的高精度检测装置、及其检测方法。

首先，为实现上述目的，提出一种针对模具钢的高精度检测装置，设置于模具钢的切割加工装置上，所述切割加工装置包括：切割平台用于固定待加工的模具钢工件，或者供所述工件在其表面相对所述切割装置移动。其中，所述切割平台上表面凹陷，所述待加工的模具钢工件设置于所述切割平台的凹陷处；激光发射管设置于所述切割平台的内侧壁表面，高于所述凹陷的底部；所述切割平台内侧壁表面与所述各激光发射管相对的位置还相应的设置有接收管，所述接收管接受所述激光发射管发射的激光信号以输出相应的检测信号至控制单元；所述切割平台较长的内侧壁表面排列有M个激光发射管，其对面相应的排列有M个所述接收管；所述切割平台较短的内侧壁表面排列有N个激光发射管，其对面相应的排列有N个所述接收管。

其中的所述控制单元被设置以执行以下步骤：步骤S1，读取加工目标矩阵G；步骤S2，为所述各激光发射管分配唯一的识别码，按照该识别码分别控制所述各激光发射管发射激光信号；步骤S3，所述各接收管接受所述激光发射管发射的激光信号，按照与该接收管相对的激光发射管所对应的识别码，提取接受到的全部激光信号中调制有该识别码的分量，获得该激光信号分量的光强为I；步骤S4，分别计算该光强I所对应的传输距离R，其中其中，I₀为所述激光发射管发射的激光信号的光强；V_b表示大气能见度常数，γ＝20％为模具钢反射系数；述各接收管接收到的激光信号中调制有该识别码的分量所对应的光强；步骤S5，分别根据所述各接收管接受的激光信号所对应的传输距离R输出检测矩阵其中，R_ij为第i行第j列接收管接受的激光信号所对应的传输距离，其对应的检测点为(i,j)，i∈[1,M]，j∈[1,N]；步骤S6，计算检测矩阵S与加工目标矩阵G之间的误差距离E＝S-G，并根据所述误差距离E控制对所述待加工的模具钢工件的切割作业。

可选的，上述的高精度检测装置，还包括驱动单元，设置在所述切割平台的上部，所述驱动单元包括电磁驱动单元或者转轮或者机械臂，所述驱动单元由所述控制单元驱动以控制所述模具钢工件在所述切割平台的上表面凹陷内移动；所述驱动单元按照如下步骤控制对所述驱动单元的驱动：步骤C1，对于所述检测矩阵S中的每一个检测点(i,j)分别建立其切割控制序列O_ij，所述切割控制序列O_ij中包括有该检测点(i,j)切割至加工目标矩阵G所要求的误差范围之内的全部驱动指令；该检测点 (i,j)在不同传输距离下分别对应有至少一个驱动指令o_r，所述各驱动指令按照检测点(i,j)所对应的传输距离由小至大排列为所述切割控制序列O_ij；步骤C2，在所述误差距离E未达到设定的误差阈值范围时，按照顺序遍历所述各检测点，对于每一个检测点，根据该检测点所对应的传输距离R_ij查找所述切割控制序列O_ij中对应该传输距离的驱动指令o_r，按照该驱动指令o_r对所述模具钢工件进行驱动；步骤C3，在所述误差距离E达到设定的误差阈值范围时，停止；其中，步骤C2中遍历所述各检测点的顺序为：先获取当前切割装置所在的检测点(i,j)所对应的传输距离R_ij；然后查找与当前检测点(i,j)邻接的8个检测点所分别对应的传输距离 R_i-1,j-1,R_i-1,j,R_i-1,j+1,R_i,j-1,R_i,j+1,R_i+1,j-1,R_i+1,j,R_i+1,j+1；最后筛选所述8个传输距离中与传输距离R_ij最接近的，获得该检测点坐标为(i′,j′)，对于该检测点(i′,j′)按照所述步骤C2中的方式进行驱动。

可选的，上述的高精度检测装置，所述切割平台的内侧壁上的不同高度上分别排布有一组所述激光发射管以及所述接收管，每一组所述激光发射管以及所述接收管分别生成一个检测矩阵S，所述控制单元分别针对每一个所述检测矩阵S进行步骤 S1至步骤S4的控制。

可选的，上述的高精度检测装置，所述激光发射管发射的激光信号的波长不超过700纳米。

其次，为实现上述目的，还提出一种利用上述的针对模具钢的高精度检测装置进行检测，其步骤包括：步骤S1，读取加工目标矩阵G；步骤S2，为所述各激光发射管分配唯一的识别码，按照该识别码分别控制所述各激光发射管发射激光信号；步骤S3，所述各接收管接受所述激光发射管发射的激光信号，按照与该接收管相对的激光发射管所对应的识别码，提取接受到的全部激光信号中调制有该识别码的分量，获得该激光信号分量的光强为I；步骤S4，分别计算该光强I所对应的传输距离R，其中其中，I₀为所述激光发射管发射的激光信号的光强；V_b表示大气能见度常数，γ＝20％为模具钢反射系数；述各接收管接收到的激光信号中调制有该识别码的分量所对应的光强；步骤S5，分别根据所述各接收管接受的激光信号所对应的传输距离R输出检测矩阵其中，R_ij为第i行第j列接收管接受的激光信号所对应的传输距离，其对应的检测点为(i,j)，i∈[1,M]，j∈[1,N]；步骤S6，计算检测矩阵S与加工目标矩阵G之间的误差距离E＝S-G，在所述误差距离E超出设定的误差阈值范围时控制对所述待加工的模具钢工件进行切割作业，在所述误差距离E达到设定的误差阈值范围之内时停止对所述待加工的模具钢工件所进行的切割作业。

可选的，上述的针对模具钢的高精度检测方法，切割作业中，所述切割装置按照所述误差距离E依次对所述各检测点为(i,j)进行电火花线切割。

可选的，上述的针对模具钢的高精度检测方法，所述电火花线切割之前，还包括对所述待加工的模具钢工件进行预处理；所述预处理包括：首先，对待加工的模具钢工件热处理至临界温度或以上；然后，对热处理后的所述模具钢工件缓慢退火至250℃，退火速率不超过30℃每小时，并在退火过程中对所述模具钢工件进行水平方向的轧制处理和竖直方向的轧制处理。

有益效果

本发明通过激光发射管与接收管组成的检测阵列，可以在对模具钢工件进行切割的过程中同步的检测其切割状态，获得检测矩阵S，通过将其与加工目标矩阵G 对比获得误差距离E，针对该误差距离相应的控制切割装置进行切割作业。由于采用激光进行高精度的检测，本发明可以在不中断切割的过程中同步完成对工件的检验，以此保证切割的精度。

进一步，由于切割作业时，模具钢工件保持在一定的温度范围内，会对外辐射红外波段的信号，因此，本发明在采集检测矩阵S的过程中选用红外以下波长范围的激光发射管进行检测，并对各激光发射管调制有不同的识别码，避免各激光信号之间的干扰，并且能够避免工件所辐射的红外信号造成的检测误差。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的切割加工装置整体结构的示意图；

图2为本发明的切割加工装置中切割平台中激光发射管和接收管的设置方式的示意图；

图3为本发明的切割加工装置中控制单元的指令生成方式的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明的一种针对模具钢的切割加工装置，其包括：

切割平台1，其上面设置有待加工的模具钢工件3，所述切割平台用于固定所述待加工的模具钢工件，或者供所述工件在其表面相对所述切割装置2移动；

切割装置2，包括走丝机构和电极丝，所述走丝机构包括若干轮轴，轮轴驱动所述电极丝往复运动或单向运动，从而，使得切割刀头部位的电极丝相对所述待加工的模具钢工件运动。在切割状态下，所述电极丝带有电荷，电极丝与待加工的模具钢工件之间放电，产生静电力和***力以蚀除所述待加工的模具钢工件表面与所述电极丝接触的部位。

本发明的加工装置还可进一步在切割平台上设置凹陷，所述待加工的模具钢工件设置于所述切割平台的凹陷处。参考图2所示，上述的切割平台内，还包括激光发射管和接收管所构成的检测矩阵。激光发射管4设置于所述切割平台1的内侧壁表面，高于所述凹陷的底部。所述切割平台1内侧壁表面与所述各激光发射管4相对的位置还相应的设置有接收管5，所述接收管5接受所述激光发射管4发射的激光信号以输出相应的检测信号至控制单元6；所述切割平台1较长的内侧壁表面排列有M个激光发射管4，其对面相应的排列有M个所述接收管5；所述切割平台1 较短的内侧壁表面排列有N个激光发射管4，其对面相应的排列有N个所述接收管 5。

上述的切割加工装置还包括控制单元6，所述控制单元在模具钢工件预处理之后，通过如下的方式实现对待加工工件位置的控制，以实现精准的切割：

步骤S1，读取加工目标矩阵G；

步骤S2，为所述各激光发射管4分配唯一的识别码，按照该识别码分别控制所述各激光发射管4发射激光信号；

步骤S3，所述各接收管5接受所述激光发射管4发射的激光信号，按照与该接收管5相对的激光发射管4所对应的识别码，提取接受到的全部激光信号中调制有该识别码的分量，获得该激光信号分量的光强为I；

步骤S4，分别计算该光强I所对应的传输距离R，其中I(2×R×γ)＝其中，I₀为所述激光发射管4发射的激光信号的光强；V_b表示大气能见度常数，γ＝20％为模具钢反射系数；述各接收管接收到的激光信号中调制有该识别码的分量所对应的光强；

步骤S5，分别根据所述各接收管5接受的激光信号所对应的传输距离R输出检测矩阵其中，R_ij为第i行第j列接收管5接受的激光信号所对应的传输距离，其对应的检测点为(i,j)，i∈[1,M]，j∈[1,N]；

步骤S6，参考图3，通过减法器，计算检测矩阵S中每一个元素与加工目标矩阵G中相应元素之间的差值，获得误差距离E＝S-G，并根据所述误差距离E查找存储器中相应的指令，输出相应的指令以控制对所述待加工的模具钢工件的切割作业：所述切割装置2按照所述误差距离E依次对所述各检测点为(i,j)进行电火花线切割。

进一步，为在检测到误差距离时及时的修正对上述模具钢工件的切割作业，本发明还进一步在所述切割平台1的上部设置有驱动单元。所述驱动单元包括电磁驱动单元或者转轮或者机械臂，所述驱动单元由所述控制单元驱动以控制所述模具钢工件在所述切割平台1的上表面凹陷内移动。具体而言，所述的驱动单元按照如下步骤控制对所述驱动单元的驱动：

步骤C1，对于所述检测矩阵S中的每一个检测点(i,j)分别建立其切割控制序列O_ij，所述切割控制序列O_ij中包括有该检测点(i,j)切割至加工目标矩阵G所要求的误差范围之内的全部驱动指令；该检测点(i,j)在不同传输距离下分别对应有至少一个驱动指令o_r，所述各驱动指令按照检测点(i,j)所对应的传输距离由小至大排列为所述切割控制序列O_ij；

步骤C2，在所述误差距离E未达到设定的误差阈值范围时，按照顺序遍历所述各检测点，对于每一个检测点，根据该检测点所对应的传输距离R_ij查找所述切割控制序列O_ij中对应该传输距离的驱动指令o_r，按照该驱动指令o_r对所述模具钢工件进行驱动；

步骤C3，在所述误差距离E达到设定的误差阈值范围时，停止；

其中，步骤C2中遍历所述各检测点的顺序为：

获取当前切割装置2所在的检测点(i,j)所对应的传输距离R_ij；

查找与当前检测点(i,j)邻接的8个检测点所分别对应的传输距离 R_i-1,j-1,R_i-1,j,R_i-1,j+1,R_i,j-1,R_i,j+1,R_i+1,j-1,R_i+1,j,R_i+1,j+1；

筛选所述8个传输距离中与传输距离R_ij最接近的，获得该检测点坐标为(i′,j′)，对于该检测点(i′,j′)按照所述步骤C2中的方式进行驱动。

进一步，为实现对不同高度的工件的检测，所述切割平台1的内侧壁上的不同高度上分别排布有一组所述激光发射管4以及所述接收管5，每一组所述激光发射管4以及所述接收管5分别生成一个检测矩阵S，所述控制单元6分别针对每一个所述检测矩阵S进行步骤S1至步骤S4的控制。其中，所述各激光发射管4发射的激光信号的波长不超过700纳米，以避开加工过程中红外频段热辐射对接收管的干扰。

所述电火花线切割之前，对所述待加工的模具钢工件进行预处理的步骤具体包括：

对待加工的模具钢工件热处理至临界温度或以上；

对热处理后的所述模具钢工件缓慢退火至250℃，退火速率不超过30℃每小时，并在退火过程中对所述模具钢工件进行水平方向的轧制处理和竖直方向的轧制处理。

由此可避免加工过程中工件表明出现裂纹或变形，在加工过程中同步的检测工件的加工误差，提高加工精度。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种针对模具钢的高精度检测装置，设置于模具钢的切割加工装置上，所述切割加工装置包括：切割平台(1)用于固定待加工的模具钢工件(3)，或者供所述工件在其表面相对所述切割装置(2)移动；

其特征在于，

所述切割平台(1)上表面凹陷，所述待加工的模具钢工件设置于所述切割平台的凹陷处；

激光发射管(4)设置于所述切割平台(1)的内侧壁表面，高于所述凹陷的底部；

所述切割平台(1)内侧壁表面与所述各激光发射管(4)相对的位置还相应的设置有接收管(5)，所述接收管(5)接受所述激光发射管(4)发射的激光信号以输出相应的检测信号至控制单元(6)；所述切割平台(1)较长的内侧壁表面排列有M个激光发射管(4)，其对面相应的排列有M个所述接收管(5)；所述切割平台(1)较短的内侧壁表面排列有N个激光发射管(4)，其对面相应的排列有N个所述接收管(5)。

2.如权利要求1所述的针对模具钢的高精度检测装置，其特征在于，所述控制单元(6)被设置以执行以下步骤：

步骤S1，读取加工目标矩阵G；

步骤S2，为所述各激光发射管(4)分配唯一的识别码，按照该识别码分别控制所述各激光发射管(4)发射激光信号；

步骤S3，所述各接收管(5)接受所述激光发射管(4)发射的激光信号，按照与该接收管(5)相对的激光发射管(4)所对应的识别码，提取接受到的全部激光信号中调制有该识别码的分量，获得该激光信号分量的光强为I；

步骤S4，分别计算该光强I所对应的传输距离R，其中 其中，I₀为所述激光发射管(4)发射的激光信号的光强；V_b表示大气能见度常数，γ＝20％为模具钢反射系数；述各接收管接收到的激光信号中调制有该识别码的分量所对应的光强；

步骤S5，分别根据所述各接收管(5)接受的激光信号所对应的传输距离R输出检测矩阵其中，R_ij为第i行第j列接收管(5)接受的激光信号所对应的传输距离，其对应的检测点为(i,j)，i∈[1,M]，j∈[1,N]；

步骤S6，计算检测矩阵S与加工目标矩阵G之间的误差距离E＝S-G，并根据所述误差距离E控制对所述待加工的模具钢工件的切割作业。

3.如权利要求2所述的针对模具钢的高精度检测装置，其特征在于，所述切割平台(1)的内侧壁上的不同高度上分别排布有一组所述激光发射管(4)以及所述接收管(5)，每一组所述激光发射管(4)以及所述接收管(5)分别生成一个检测矩阵S，所述控制单元(6)分别针对每一个所述检测矩阵S进行步骤S1至步骤S4的控制。

4.如权利要求1-3所述的针对模具钢的高精度检测装置，其特征在于，所述激光发射管(4)发射的激光信号的波长不超过700纳米。

5.一种针对模具钢的高精度检测方法，其特征在于，利用权利要求1至4所述的针对模具钢的高精度检测装置进行检测，其步骤包括：

步骤S1，读取加工目标矩阵G；

步骤S2，为所述各激光发射管(4)分配唯一的识别码，按照该识别码分别控制所述各激光发射管(4)发射激光信号；

步骤S3，所述各接收管(5)接受所述激光发射管(4)发射的激光信号，按照与该接收管(5)相对的激光发射管(4)所对应的识别码，提取接受到的全部激光信号中调制有该识别码的分量，获得该激光信号分量的光强为I；

步骤S4，分别计算该光强I所对应的传输距离R，其中 其中，I₀为所述激光发射管(4)发射的激光信号的光强；V_b表示大气能见度常数，γ＝20％为模具钢反射系数；述各接收管接收到的激光信号中调制有该识别码的分量所对应的光强；

步骤S5，分别根据所述各接收管(5)接受的激光信号所对应的传输距离R输出检测矩阵其中，R_ij为第i行第j列接收管(5)接受的激光信号所对应的传输距离，其对应的检测点为(i,j)，i∈[1,M]，j∈[1,N]；

步骤S6，计算检测矩阵S与加工目标矩阵G之间的误差距离E＝S-G，在所述误差距离E超出设定的误差阈值范围时控制对所述待加工的模具钢工件进行切割作业，在所述误差距离E达到设定的误差阈值范围之内时停止对所述待加工的模具钢工件所进行的切割作业。

6.如权利要求5所述的针对模具钢的高精度检测方法，其特征在于，切割作业中，所述切割装置(2)按照所述误差距离E依次对所述各检测点为(i,j)进行电火花线切割。

7.如权利要求5-6所述的针对模具钢的高精度检测方法，其特征在于，所述电火花线切割之前，还包括对所述待加工的模具钢工件进行预处理；

所述预处理包括：

对待加工的模具钢工件热处理至临界温度或以上；

对热处理后的所述模具钢工件缓慢退火至250℃，退火速率不超过30℃每小时，并在退火过程中对所述模具钢工件进行水平方向的轧制处理和竖直方向的轧制处理。