本實(shí)用新型屬于刀具檢測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

刀具直徑檢測在機(jī)械加工、線路板行業(yè)有著重要的應(yīng)用，刀具直徑影響著產(chǎn)品質(zhì)量與自動化的水平，但是刀具檢測對系統(tǒng)要求較高。

一種是在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上采用專用控制系統(tǒng)的刀檢卡模塊，比如S&M系統(tǒng)，其內(nèi)部一般采用高速IO系統(tǒng)，此方法通用性不高，只能針對特定系統(tǒng)，而且價格比較貴。

另一種是采用運(yùn)動控制卡的內(nèi)部PLC模塊，編寫刀檢運(yùn)動程序，但是運(yùn)動控制卡存在掃描周期過長，測量精度不高等問題。

因此，有必要設(shè)計一種新的通用的數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種銑刀、鉆頭等刀具的通用直徑測量、具有較高的性價比的數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)。

本實(shí)用新型提供一種數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：用于檢測刀具位置狀態(tài)的刀檢傳感器、隨數(shù)控機(jī)床平臺位移產(chǎn)生脈沖的位置檢測裝置、以及基于FPGA平臺設(shè)計的刀檢控制卡，所述刀檢控制卡包括主控單元，所述主控單元接收刀檢傳感器及位置檢測裝置的信號，根據(jù)刀檢傳感器信號對位置檢測裝置的脈沖計數(shù)，并根據(jù)該計數(shù)量獲得數(shù)控機(jī)床平臺位移量及刀具待測參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述位置檢測裝置包括設(shè)置于數(shù)控機(jī)床平臺X軸的X軸光柵尺，所述主控單元根據(jù)數(shù)控機(jī)床平臺X軸移動時，刀檢傳感器所檢測刀具位置狀態(tài)變化信號的間隔內(nèi)，X軸光柵尺的脈沖計數(shù)量，獲得數(shù)控機(jī)床平臺X軸位移量及刀具直徑。

進(jìn)一步地，所述位置檢測裝置還包括設(shè)置于數(shù)控機(jī)床平臺Z軸的Z軸光柵尺，所述主控單元根據(jù)數(shù)控機(jī)床平臺Z軸移動時，刀檢傳感器所檢測刀具位置狀態(tài)變化信號與數(shù)控機(jī)床平臺Z軸達(dá)到設(shè)定坐標(biāo)的間隔內(nèi)，Z軸光柵尺的脈沖計數(shù)量，獲得數(shù)控機(jī)床平臺Z軸位移量及刀具長度。

進(jìn)一步地，所述刀檢控制卡還包括位置信號處理電路，所述位置信號處理電路設(shè)置于位置檢測裝置與主控單元之間，其接收位置檢測裝置的信號，對其進(jìn)行濾波、漏項檢測及去噪處理后將其傳輸至主控單元。

進(jìn)一步地，所述位置信號處理電路包括濾波器，所述濾波器為FIR濾波器。

進(jìn)一步地，所述位置信號處理電路包括用于檢測位置檢測裝置各相是否為差分信號、數(shù)控機(jī)床各軸是否均為差分信號的漏相檢測電路。

進(jìn)一步地，所述位置信號處理電路包括分別與X軸光柵尺連接的X軸光柵尺信號處理電路、及與Z軸光柵尺連接的Z軸光柵尺信號處理電路。

進(jìn)一步地，所述刀檢控制卡還包括刀徑信號處理電路，所述刀徑信號處理電路設(shè)置于刀檢傳感器及主控單元之間，其接收刀檢傳感器信號，捕獲對應(yīng)于刀具實(shí)際直徑的脈沖信號并將其傳輸至主控單元。

進(jìn)一步地，所述刀檢傳感器包括分別設(shè)置于數(shù)控機(jī)床多個加工頭上的多路，所述刀徑信號處理電路包括分別與多路刀檢傳感器連接的多個。

進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括用于發(fā)送刀檢指令及顯示刀具測量結(jié)果的上位機(jī)，所述刀檢控制卡還包括分別與上位機(jī)及主控單元連接，實(shí)現(xiàn)兩者通訊的串口通訊模塊。

本實(shí)用新型經(jīng)過刀檢控制卡的優(yōu)化處理，能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床上的銑刀、鉆頭等刀具直徑及長度的測量；刀檢控制卡是基于FPGA平臺設(shè)計的，由于FPGA在信號處理領(lǐng)域有較強(qiáng)的優(yōu)勢，速度快、精度高、通用性強(qiáng)，因此，本數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)能夠較好地優(yōu)化刀具直徑和長度的測量精度，且具有較高的性價比。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)的示意圖；

圖2為圖1所示數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)的噪聲處理電路的示意圖；

圖3為圖1所示數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)的刀徑信號處理電路的示意圖。

圖號說明：

100-刀檢控制卡、101-刀徑信號處理電路、103-X軸光柵尺信號處理電路、

104-Z軸光柵尺信號處理電路、105-串口通訊模塊、106-主控單元、

10-刀檢傳感器、20-上位機(jī)、30-X軸光柵尺、31-Z軸光柵尺。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

本實(shí)用新型的數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)，是基于FPGA(Field－Programmable Gate Array，可編程硬件邏輯電路)硬件電路的通用數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)，本刀具指的是數(shù)控機(jī)床上的銑刀、鉆頭等刀具。

請參閱圖1，本數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)用于對刀具直徑或長度、或同時對刀具直徑及長度進(jìn)行測量，其包括：刀檢傳感器10、位置檢測裝置及刀檢控制卡100。刀檢傳感器10包括多路，分別用于對數(shù)控機(jī)床多個頭上多個刀具的位置狀態(tài)進(jìn)行檢測；位置檢測裝置隨數(shù)控機(jī)床平臺位移產(chǎn)生脈沖；刀檢控制卡100接收刀檢傳感器10及位置檢測裝置的信號，根據(jù)刀檢傳感器10所檢測到的信號，對位置檢測裝置的脈沖進(jìn)行計數(shù)，并根據(jù)該計數(shù)量獲得數(shù)控機(jī)床平臺位移量，進(jìn)而獲得刀具直徑、長度等待測參數(shù)的量。本系統(tǒng)還包括用于向刀檢控制卡100發(fā)出刀檢指令及顯示刀具測量結(jié)果的上位機(jī)20，上位機(jī)20為計算機(jī)。

其中，刀檢控制卡100是基于FPGA平臺設(shè)計的，由于FPGA作為可編程硬件邏輯電路，在信號處理領(lǐng)域有較強(qiáng)的優(yōu)勢，速度快、精度高、通用性強(qiáng)，因此，本數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)的刀檢控制卡100能夠較好地優(yōu)化刀具直徑和長度的測量精度。

刀檢控制卡100具體包括：刀徑信號處理電路101、位置信號處理電路、主控單元106、以及串口通訊模塊105。刀徑信號處理電路101包括多個，分別與多路刀檢傳感器10連接，接收刀檢傳感器10的信號，對其進(jìn)行檢測后將對應(yīng)于刀具實(shí)際直徑的脈沖信號傳輸至主控單元106；位置信號處理電路與位置檢測裝置連接，接收位置檢測裝置的信號，對其進(jìn)行濾波、漏項檢測及去噪處理后將其傳輸至主控單元106；主控單元106根據(jù)其所接收的刀檢傳感器信號，對位置檢測裝置的信號進(jìn)行脈沖計數(shù)，從而獲得數(shù)控機(jī)床平臺位移量及刀具直徑、刀具長度，該主控單元106為具有運(yùn)算處理能力的處理器；串口通訊模塊105設(shè)置于主控單元106與上位機(jī)20之間，用于實(shí)現(xiàn)兩者的通訊。

下面通過上述各部件的具體描述，對本實(shí)用新型數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)的工作原理予以說明。

數(shù)控機(jī)床平臺Z軸上安裝有高速旋轉(zhuǎn)的電主軸，主軸夾持刀具，隨Z軸移動；刀檢傳感器10設(shè)置于X軸工作臺上，隨數(shù)控機(jī)床平臺X軸移動，其由一對對射的激光管組成，可以將刀具對激光有無遮擋的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為邏輯電平信號。

刀具初始狀態(tài)下未遮擋刀檢傳感器10的激光，對刀具直徑進(jìn)行測量時，數(shù)控機(jī)床平臺Z軸不動，X軸帶動刀檢傳感器10移動，當(dāng)移動至刀具對激光形成遮擋時，刀檢傳感器10輸出電平發(fā)生跳變，直至繼續(xù)移動到不再遮擋激光，刀檢傳感器10輸出電平再次發(fā)生跳變，兩次電平跳變之間數(shù)控機(jī)床平臺X軸移動的距離即刀具直徑。刀具不同，則兩次電平跳變的間隔時間不同，期間數(shù)控機(jī)床平臺X軸移動的距離也不同。

對刀具長度進(jìn)行測量時，數(shù)控機(jī)床平臺X軸不動，Z軸帶動刀具移動，當(dāng)移動至刀具對激光形成遮擋時，刀檢傳感器10輸出電平發(fā)生跳變。由該跳變至刀具移動達(dá)到設(shè)定的Z軸坐標(biāo)時，刀具移動的距離即刀長，也就是說，該段間隔內(nèi)數(shù)控機(jī)床平臺Z軸移動的距離即刀長。刀具不同，則發(fā)生電平跳變的起點(diǎn)位置不同，電平跳變至平臺Z軸達(dá)到設(shè)定的坐標(biāo)的間隔不同，期間數(shù)控機(jī)床平臺Z軸移動的距離也不同。

由于刀具上設(shè)有排屑槽，對刀具直徑進(jìn)行測量時，排屑槽可能會影響刀檢傳感器10的檢測信號，結(jié)果造成刀具直徑測量的誤差。為了排除刀具排屑槽的影響，刀具測量是由數(shù)控機(jī)床的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行的，其目的是將刀具形成一個近似圓柱體，更能反映實(shí)際刀具直徑。

受到刀具排屑槽的影響，刀具每旋轉(zhuǎn)一周，光線被遮斷釋放、遮斷釋放兩個循環(huán)，形成兩個周期的方波。刀徑信號處理電路101接收刀檢傳感器10的邏輯電平信號，并對該信號進(jìn)行檢測，以識別其中由排屑槽造成的方波與對應(yīng)于刀具實(shí)際直徑的脈沖信號。

刀徑信號處理電路101的原理是尋找數(shù)控機(jī)床平臺X軸移動時，由刀檢傳感器10檢測到的第一次電平跳變和最后一次電平跳變，可以是第一個下降沿脈沖信號和最后一個上升沿脈沖信號，或者第一個上升沿脈沖信號和最后一個下降沿脈沖信號。其采用滑動監(jiān)測的方法，由于噪聲方波的頻率是刀具直徑測量轉(zhuǎn)速的一倍或兩倍，因此，直到檢測到連續(xù)三個方波周期均為噪聲頻率的情況下，刀徑信號處理電路101選取第一次電平跳變和最后一次電平跳變，作為對應(yīng)于刀具實(shí)際直徑的信號，即對位置檢測裝置信號進(jìn)行脈沖計數(shù)的觸發(fā)信號輸入至主控單元106。

圖3為刀徑信號處理電路101的示意圖，圖中所示的C為第一個下降沿脈沖信號，D為最后一個上升沿脈沖信號，C和D均為捕獲點(diǎn)。即該刀徑信號處理電路101捕獲刀檢傳感器10輸出信號的第一個下降沿脈沖信號和最后一個上升沿脈沖信號，并將其傳輸至主控單元106。

位置檢測裝置可以是光柵尺或編碼器，位置信號處理電路可以是光柵尺信號處理電路或編碼器信號處理電路。由于光柵尺測量精度更高，本實(shí)施例選用光柵尺用于對數(shù)控機(jī)床的平臺位移進(jìn)行脈沖計數(shù)。本實(shí)施例的位置檢測裝置包括分別設(shè)置于數(shù)控機(jī)床X軸及Z軸的X軸光柵尺30及Z軸光柵尺31；位置信號處理電路包括分別與X軸光柵尺30及Z軸光柵尺31連接的X軸光柵尺信號處理電路103及Z軸光柵尺信號處理電路104。

位置信號處理電路包括：濾波器、漏相檢測電路、以及噪聲處理電路。

本實(shí)施例所采用的是FIR濾波器，其將當(dāng)前計算數(shù)據(jù)與后面N位數(shù)據(jù)與有限沖擊響應(yīng)系數(shù)相乘累加，作為當(dāng)前計算數(shù)據(jù)的值，具有頻率特性誤差小、運(yùn)算速度快、容易設(shè)計等優(yōu)點(diǎn)。

漏相檢測電路用于檢測位置檢測裝置通道A和通道B兩相是否有漏相，檢測通道A和通道B的信號是否為差分信號，以及數(shù)控機(jī)床的各軸是否均為差分信號，若不符合條件則由位置信號處理電路103給出錯誤標(biāo)識。

噪聲處理電路示意圖如圖2所示，其根據(jù)位置檢測裝置的相序，及計數(shù)脈沖順序判斷是否存在雜波，一旦有雜波產(chǎn)生，即在硬件電路上將該雜波去除。

本實(shí)用新型刀具測量的具體過程如下：

上位機(jī)20發(fā)送刀檢指令給主控單元106，同時通過與其連接的運(yùn)動控制模塊控制數(shù)控機(jī)床各刀具動作響應(yīng)該刀檢指令。

各刀具動作，多路刀檢傳感器10分別檢測到多個刀具的位置狀態(tài)、經(jīng)刀徑信號處理電路101將其檢測到與刀具實(shí)際直徑所對應(yīng)的脈沖信號發(fā)送至主控單元106。

主控單元106對其所接收到各路刀檢傳感器的脈沖信號分別進(jìn)行處理，其將每一路刀檢傳感器10的脈沖信號作為測量相應(yīng)刀具直徑及刀長的門檻。

針對刀具直徑的測量，當(dāng)主控單元106接收到第一個脈沖信號時，開始對X軸光柵尺30的脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)其接收到第二個脈沖信號時，停止對其脈沖進(jìn)行計數(shù)，根據(jù)兩脈沖信號間隔之間X軸光柵尺30的脈沖計數(shù)，即可計算出該間隔期間數(shù)控機(jī)床平臺X軸移動的距離。

針對刀長的測量，當(dāng)主控單元106接收到第一個脈沖信號時，開始對Z軸光柵尺31的脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)數(shù)控機(jī)床平臺Z軸移動達(dá)到設(shè)定的坐標(biāo)時，停止對其進(jìn)行計數(shù)，根據(jù)上述脈沖信號與數(shù)控機(jī)床平臺Z軸達(dá)到其設(shè)定坐標(biāo)的間隔之間，Z軸光柵尺31的脈沖計數(shù)，即可計算出該間隔期間數(shù)控機(jī)床平臺Z軸移動的距離。

根據(jù)上述距離以及從上位機(jī)讀取的刀具參數(shù)、補(bǔ)償信息，即可計算出刀具直徑和長度。

測試完畢，上位機(jī)20通過內(nèi)部函數(shù)調(diào)用主控單元106的檢測結(jié)果并予以顯示。等待下一次測試。

本實(shí)用新型經(jīng)過刀檢控制卡的優(yōu)化處理，能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床上的銑刀、鉆頭等刀具的通用直徑測量；本數(shù)控機(jī)床刀具測量系統(tǒng)的刀徑信號處理電路能夠較好的優(yōu)化刀具的直徑系統(tǒng)測量精度，且具有較高的性價比。

在上述實(shí)施例中，僅對本實(shí)用新型進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍和精神的情況下，可根據(jù)不同的實(shí)際需要設(shè)計出各種實(shí)施方式。

以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。