基于機(jī)械臂的折彎模具檢測(cè)系統(tǒng)

基于機(jī)械臂的折彎模具檢測(cè)系統(tǒng)

隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，收彎模的需求量顯著增加，對(duì)收彎模的質(zhì)量和長(zhǎng)度也有更高的要求。精確檢測(cè)斷裂模的開口角度、對(duì)稱度和安裝表面中心之間的距離，是確認(rèn)斷裂模相互交換的關(guān)鍵。其中,數(shù)控折彎模具高度在150～200mm范圍,其關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)精度要求為:角度尺寸測(cè)量誤差≤±2′,長(zhǎng)度尺寸測(cè)量誤差≤±3μm。若采用通用的測(cè)量?jī)x器,如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),不僅成本高,而且效率極低,不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。在對(duì)角度檢測(cè)、對(duì)稱度檢測(cè)方案分析的基礎(chǔ)上,文中提出數(shù)控折彎模具關(guān)鍵尺寸精密檢測(cè)裝置,根據(jù)數(shù)控折彎模具關(guān)鍵尺寸的特點(diǎn),分別對(duì)其上模和下模關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)方案進(jìn)行了理論分析和計(jì)算。1數(shù)控折彎模具關(guān)鍵尺寸尺寸值的確定數(shù)控折彎模具包括上模和下模。如圖1所示,上模的關(guān)鍵尺寸包括:刀尖點(diǎn)至模具垂直安裝基準(zhǔn)面的水平方向距離Δx,刀尖點(diǎn)至模具水平安裝基準(zhǔn)面的高度Δy,兩側(cè)刀面的夾角θ(θ=ε1+ε2,ε1和ε2分別為上模側(cè)刀面的右、左半角)及夾角對(duì)垂直中心平面的對(duì)稱度Δθ(圖中未標(biāo)出)。Δθ=|ε1-ε2|2(1)Δθ=|ε1?ε2|2(1)如圖2所示,下模的關(guān)鍵尺寸包括刀尖點(diǎn)分別至定位基準(zhǔn)面對(duì)稱平面的水平方向尺寸Δx1和Δx2。下模左、右刀口的開口角度分別為θ1,θ2(θ1=ε3+ε4,θ2=ε5+ε6,ε3,ε4,ε5,ε6分別為下模2個(gè)槽口側(cè)刀面的左、右半角)及夾角對(duì)垂直中心平面的對(duì)稱度Δθ1,Δθ2(圖中未標(biāo)出)。Δθ1=|ε3-ε4|2Δθ2=|ε5-ε6|2(2)Δθ1=|ε3?ε4|2Δθ2=|ε5?ε6|2(2)數(shù)控折彎模具關(guān)鍵尺寸中既有長(zhǎng)度尺寸,又有角度尺寸。根據(jù)數(shù)控折彎模具關(guān)鍵尺寸特點(diǎn),總體方案采用一個(gè)3自由度串聯(lián)機(jī)械臂,該機(jī)械臂包括一個(gè)水平方向的移動(dòng)自由度、一個(gè)垂直方向的移動(dòng)自由度和置于機(jī)械臂末端測(cè)頭的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。其中2個(gè)移動(dòng)自由度的位移由直線光柵檢測(cè),測(cè)頭轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的位移由碼盤檢測(cè)。直線位移光柵和碼盤所檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理可得到數(shù)控折彎模具關(guān)鍵尺寸,這些尺寸可通過(guò)顯示器實(shí)時(shí)輸出。數(shù)控折彎模具關(guān)鍵尺寸精密檢測(cè)裝置機(jī)構(gòu)原理圖如圖3所示。2采樣時(shí)模具上模和下模關(guān)鍵尺寸的測(cè)量數(shù)控折彎模具關(guān)鍵尺寸專用精密檢測(cè)裝置用于折彎模具關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)和校準(zhǔn)。由檢測(cè)工作臺(tái)、頂緊裝置、定位塊、光柵、測(cè)頭、導(dǎo)軌、顯示器、控制器等組成。利用該裝置可分別對(duì)上模和下模進(jìn)行測(cè)量。對(duì)上模測(cè)量時(shí),上模由頂緊裝置和定位塊固定限位,通過(guò)手動(dòng)移動(dòng)測(cè)頭,旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)編碼器,將測(cè)頭凹端對(duì)準(zhǔn)上模刀面,令測(cè)頭凹面的一個(gè)側(cè)面與上模的一個(gè)相應(yīng)刀面保持接觸,移動(dòng)測(cè)頭,使上模刀尖頂點(diǎn)與凹面的另一個(gè)側(cè)面可靠接觸。此時(shí),分別對(duì)2個(gè)直線移動(dòng)光柵和碼盤所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采樣。同理,對(duì)上模另一個(gè)側(cè)面測(cè)量并進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。對(duì)所采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可得到數(shù)控折彎模具上模的關(guān)鍵尺寸。對(duì)下模測(cè)量時(shí),下模由定位塊固定限位,同樣手動(dòng)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)編碼器,手動(dòng)移動(dòng)測(cè)頭凸面對(duì)準(zhǔn)下模的一個(gè)開口,令測(cè)頭凸面的一個(gè)側(cè)面與下模的一個(gè)相應(yīng)刀面保持接觸,移動(dòng)測(cè)頭,使測(cè)頭凸面頂點(diǎn)與下模另一個(gè)側(cè)面可靠接觸。此時(shí),分別對(duì)2個(gè)直線位移光柵和碼盤所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采樣。同理,對(duì)下模另一個(gè)側(cè)面測(cè)量并進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣,如果下模有多個(gè)開口,則多次重復(fù)上述過(guò)程。對(duì)所采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可得到數(shù)控折彎模具下模的關(guān)鍵尺寸。3檢測(cè)和計(jì)算3.1上模檢測(cè)與理論計(jì)算(1)測(cè)頭誤差標(biāo)定上模刀尖點(diǎn)的定位尺寸為上模刀尖點(diǎn)分別至其兩個(gè)安裝基準(zhǔn)面的水平方向尺寸和高度方向尺寸Δx和Δy,將上模通過(guò)定位塊固定在檢測(cè)臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)標(biāo)定點(diǎn)(0,0),定位塊的基準(zhǔn)面Ⅰ和Ⅱ(它們分別與上模的兩個(gè)安裝基準(zhǔn)面重合)與標(biāo)定點(diǎn)的相對(duì)位移分別為x1和y1,x1和y1通過(guò)標(biāo)定得到,均為已知數(shù),如圖4所示。手動(dòng)移動(dòng)測(cè)頭,將測(cè)頭凹端對(duì)準(zhǔn)上模刀尖點(diǎn),分別對(duì)2個(gè)直線位移光柵所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采樣,得出具體值:水平距離為x,高度距離為y。此時(shí)測(cè)得的x,y值并非上模刀尖點(diǎn)的實(shí)際位置尺寸,設(shè)上模刀尖點(diǎn)的實(shí)際位置為(x2,y2),根據(jù)圖4中的幾何關(guān)系計(jì)算得:{x2=x+bsinαy2=y+bcosα(3){x2=x+bsinαy2=y+bcosα(3)得到上模刀尖點(diǎn)到其兩個(gè)安裝基準(zhǔn)面(或到定位塊其準(zhǔn)面Ⅰ,Ⅱ)的水平方向尺寸和高度方向尺寸分別為:{Δx=|x1-x2|=|x1-x-bsinα|Δy=|y1-y2|=|y1-y-bcosα|(4){Δx=|x1?x2|=|x1?x?bsinα|Δy=|y1?y2|=|y1?y?bcosα|(4)(2)刀面與上模的接觸測(cè)頭與垂直方向的夾角為α。初時(shí)狀態(tài)下,對(duì)碼盤的初始位置進(jìn)行標(biāo)定,測(cè)頭與垂直方向的夾角初始值α0=0,考慮到上模刀口角度均小于92°,選取測(cè)頭凹端的夾角γ=92°,并事先標(biāo)定。移動(dòng)測(cè)頭,旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)編碼器,將測(cè)頭凹端的一個(gè)側(cè)面與上模的刀面Ⅰ保持接觸,如圖5a所示,此時(shí)碼盤所檢測(cè)的角度為α1。在上述的檢測(cè)條件下,根據(jù)圖5a所示位置測(cè)頭與上模的幾何關(guān)系,得出上模刀面I與垂直中心對(duì)稱平面的夾角為:ε1=γ2-α1(5)ε1=γ2?α1(5)同樣,根據(jù)上述的檢測(cè)方式移動(dòng)測(cè)頭,旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)編碼器將測(cè)頭凹端的一個(gè)側(cè)面與上模的刀面Ⅱ保測(cè)接觸,如圖5b所示,此時(shí)碼盤所檢測(cè)的角度為α2。在上述的檢測(cè)條件下,根據(jù)圖5b所示位置測(cè)頭與上模的幾何關(guān)系,得出上模刀面I與垂直中心對(duì)稱平面的夾角為:ε2=γ2-α2(6)ε2=γ2?α2(6)根據(jù)式(5)和式(6)可知兩側(cè)刀面的夾角為:θ=(γ2-α1)+(γ2-α2)(7)θ=(γ2?α1)+(γ2?α2)(7)夾角θ與垂直中心平面的對(duì)稱度Δθ為:3.2下模檢測(cè)與理論計(jì)算(1)左刀面保持接觸如圖6所示,在檢測(cè)的初時(shí)狀態(tài)下,測(cè)頭與垂直方向的夾角為α′,且已標(biāo)定為α′=0。對(duì)碼盤的初始位置進(jìn)行標(biāo)定,初始值為α′0=0,測(cè)頭凸端的夾角為γ=24°,已標(biāo)定。移動(dòng)測(cè)頭,旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)編碼器,將測(cè)頭凸端的一個(gè)側(cè)面與下模左刀口的左刀面保持接觸,如圖6a所示,對(duì)碼盤所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采用計(jì)算,計(jì)算得到具體值為α′1。在上述的檢測(cè)條件下,根據(jù)圖示幾何關(guān)系,得出下模左刀口的左刀面與垂直中心對(duì)稱平面的夾角ε3為:ε3=γ2+α′1(9)ε3=γ2+α′1(9)同樣,根據(jù)上述的檢測(cè)方式,移動(dòng)測(cè)頭,旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)編碼器將測(cè)頭凸端的一個(gè)側(cè)面與下模左刀口的右刀面保持接觸,如圖6b所示,對(duì)碼盤所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采用計(jì)算,計(jì)算得到具體值為α′2。在上述的檢測(cè)條件下,根據(jù)圖示幾何關(guān)系,得出下模左刀口的右刀面與垂直中心對(duì)稱平面的夾角為:ε4=γ2+α′2(10)則下模左刀口的開口角度θ1為:夾角θ1與垂直中心平面的對(duì)稱度Δε1為:Δε1=|ε3-ε4|2=|α′1-α′2|2(12)(2)下模右切口檢測(cè)同理,移動(dòng)測(cè)頭,旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)編碼器,將測(cè)頭凸端的一個(gè)側(cè)面與下模右刀口的左刀面保持接觸,如圖7a所示,對(duì)碼盤所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采樣計(jì)算,得到具體值為α′3。在上述的檢測(cè)條件下,根據(jù)圖示幾何關(guān)系,得出下模右刀口的左刀面與垂直中心對(duì)稱平面的夾角為:ε5=γ2+α′3(13)同樣,根據(jù)上述的檢測(cè)方式,移動(dòng)測(cè)頭,旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)編碼器,將測(cè)頭凸端的一個(gè)側(cè)面與下模右刀口的右刀面保持接觸,如圖7b所示,對(duì)碼盤所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采用計(jì)算,得到具體值為α′4。在上述的檢測(cè)條件下,根據(jù)圖示幾何關(guān)系,得出下模右刀口的右刀面與垂直中心對(duì)稱平面的夾角為:ε6=γ2+α′4(14)下模右刀口的開口角度θ2為:θ2=(γ2+α′3)+(γ2+α′4)=γ+α′3+α′4(15)夾角θ2與垂直中心平面的對(duì)稱度Δε2為:(3)刀尖點(diǎn)到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離將下模通過(guò)另一個(gè)定位塊固定在檢測(cè)臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)標(biāo)定點(diǎn)(0,0),定位基準(zhǔn)面對(duì)稱平面的水平方向尺寸為x,且已事先標(biāo)定,如圖8所示。圖8a中右刀口尖點(diǎn)和左刀口尖點(diǎn)到基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)距離分別為x3和x4。圖8b中,移動(dòng)測(cè)頭,使其分別靠近右刀口的兩個(gè)刀面,測(cè)頭與垂直方向的夾角分別是α′1,α′2,(如圖6所示),分別對(duì)水平直線位移光柵所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采樣,得出具體值x31和x32。由此根據(jù)圖8b中的幾何關(guān)系得出,右刀口的刀尖點(diǎn)到基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)距離為:則右刀口的刀尖點(diǎn)到定位基準(zhǔn)面對(duì)稱平面的相對(duì)位移為Δx3,即有:Δx3=x3-x=(x31+asinα′1)-x或:Δx3=(x32-asinα′2)-x(18)圖8c中,移動(dòng)測(cè)頭,使其分別靠近下模右刀口的兩個(gè)刀面。測(cè)頭與垂直方向的夾角分別是α′3,α′4,圖8所示,分別對(duì)水平直線位移光柵所檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行采樣,得出具體值x41和x42。由此根據(jù)圖8c中的幾何關(guān)系得出,刀口尖點(diǎn)Ⅱ到基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)距離為:x4=x41+asinα′3或∶x4=x42-asinα′4(19)則刀口尖點(diǎn)Ⅱ到定位基準(zhǔn)面對(duì)稱平面的相對(duì)位移為Δx4,即有:Δx4=x-x4=x-(x41+asinα′3)或∶Δx4=x-(x42-asinα′4)(20)且下模左、右兩刀口尖點(diǎn)到定位基準(zhǔn)面對(duì)稱平面的對(duì)稱度Δm為:Δm=|Δx3-Δx4|/2=|(x31+asinα′1)+(x41+asinα′3)-2x|/2或:Δm=|(x32-asinα′2)+(x42-asinα′4)-2x|/2(21)以上計(jì)算均為該精密檢測(cè)機(jī)械裝置的理論計(jì)算過(guò)程,在實(shí)際操作過(guò)程中,通常將測(cè)頭與垂直方向的夾角α調(diào)整為0,則兩刀口尖點(diǎn)到定位基準(zhǔn)面對(duì)稱平面的對(duì)稱度Δm為:Δm=|Δx3-Δx4|2=|x3+x4-2x|2(24)4角與垂直中心平面的對(duì)稱度由上述計(jì)算可知,無(wú)論上、下模,其刀口的開口角度的檢測(cè)精度與碼盤的精度和測(cè)頭的標(biāo)定精度有關(guān),刀口夾角與垂直中心平面的對(duì)稱度的檢測(cè)精度僅與碼盤的精度有關(guān),刀尖點(diǎn)的定位尺寸的檢測(cè)精度與直線位移光柵的精度、碼盤的精