專利名稱：線切割電極絲直徑在線自動檢測和補償系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于對線切割電極絲直徑的高精度測量。
背景技術：
線切割機床對零件的加工精度(主要指加工的形狀精度和位置精度)不僅與機床 固有的結構設計精度有關，而且還與切割直徑精度保持性有一定的關系。線切割在模具中 的精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角、冒孔和深度切削等加工領域應用廣泛。電極絲在使用的過 程中的自身損耗會使得模具加工的精度受到較大的影響，因此很有必要及時測出電極絲直 徑，對線切割中由于電極絲損耗進行補償。目前對電極絲直徑的測量主要有非接觸式和接 觸式兩種方法，非接觸式測量主要利用CCD技術。如圖1是用CCD技術測量直徑的原理圖。 平行光源11照射到不透明的工件12，工件12直徑尺寸通過成像透鏡13以確定的倍率投射 到線陣CCD光敏陣列14上，連接到線陣光敏陣列14上的圖像采集卡把圖像信號轉換成數 字信號再送入計算機15進行處理。接觸式測量主要是依靠人工測量方法，直接用測量儀器測量出電極絲直徑的大 小，再將測得數據與電極絲最初直徑進行比較，得到要補償的量，并人工輸入此補償量進行 補償切割。利用CCD技術能很好的彌補了人工檢測的不足，實現了對小直徑工件的無接觸高 精度的測量。但這種技術存在一些缺點線切割加工環境惡劣，電極絲上油污、冷卻液及加 工殘余微粒等雜質，這些雜質在成像后不易區分，使測量精度受到很大影響。其次，由于在 加工過程中電極絲振動是不可避免的，從而會導致其像在CCD上的抖動；另外電極絲抖動 的方向、幅度、頻率時刻處于變化之中，使得目標的放大率不同和成像尺寸受到影響。再次， 像的邊緣的檢測比較煩瑣。若采用亞像元邊緣檢測技術可以使像邊緣檢測的定位分辨率提 高到十分之一個像元，但需要進行大量計算。然而人工測量方法實時性不好，費財耗力，實施起來也不方便，難以保證測量的精度。利用CCD技術或人工測量方法等其他的檢測方法，要補償由于電極絲直徑損耗帶 來的誤差量時，只能通過手動輸入的方式進行補償，都不能實現自動補償。現有的線切割數控系統中，要想實現補償切割，都只能通過手動方式輸入，不能實 現自動輸入補償切割。若修改控制系統軟件為補償提供接口，這樣可以很好的解決補償問 題，但是廠家不會輕易根據用戶需求改變控制系統軟件，而且成本較高，調試比較復雜；若 通過現有的人機界面來實現補償參數的輸入，現有的數控系統都提供一個可以修改鉬絲直 徑的對話窗口，需要人工進行輸入，這不利于整個系統的自動化。

發明內容
在線切割工藝中，由于電極絲直徑損耗而使得被切割工件精度受到影響，本發明 的目的是提供一種線切割電極絲直徑在線自動檢測和補償系統，根據現場切割的實時數據，綜合時間和運動等多種關聯數據，運用自動控制程序，進行系統科學的運算和邏輯處理，自動檢測和補償由于電極絲直徑損耗帶來的誤差量。本發明的技術方案如下本線切割電極絲直徑在線自動檢測和補償系統主要包括數據采集裝置、運動控制 及執行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線切割數控系統。運動控制及執行裝置將數據采集裝 置送入測試點進行多次測量(一般為8 10次)得到平均值，再將此平均值與電極絲最初 直徑進行比較得到補償量，然后將此補償量通過誤差量模擬輸入裝置中的鍵盤數據轉換電 路轉變成鍵盤信號反饋給線切割數控系統，系統接收到此鍵盤信號后重新控制線切割機床 進行補償切割。所述數據采集裝置包括數顯千分尺、數據處理電路和數據發送電路；所述數顯千分尺用來測量電極絲直徑，其數據接口輸出為三根線，分別為數據信 號線data、時鐘信號線elk和地線；所述數據處理電路采用三極管放大器2N5401和反向器74HC04以及89C2051單片 機，數顯千分尺串口輸出的兩路信號即數據信號data和時鐘信號clk，接入數據處理電路， 經過放大器2N5401和反向器74HC04放大整形處理后分別送入單片機89C2051的I/O 口和 外中斷口，單片機89C2051根據外中斷口的時鐘信號采集I/O 口的數據；所述數據發送電路采用收發器MAX232和DB9插座，單片機89C2051把處理后的數 據通過發送電路送至線切割數控系統；所述運動控制及執行裝置是一個由步進電機帶動的兩軸聯動裝置，通過線切割數 控系統控制步進電機來驅動機械運動機構，將數顯千分尺準確、快速的送到指定位置(電 極絲位置)，并且在測量結束后能夠迅速的將數顯千分尺送回初始位置。運動控制及執行裝 置接到線切割數控系統發來的測量信號時，1號步進電機帶動絲杠控制數顯千分尺，使之在 導軌上作水平運動，從而將數顯千分尺送到電極絲所在位置，2號步進電機控制數顯千分尺 的測微螺桿的位置，使之接觸電極絲。1號步進電機工作結束后2號步進電機才開始工作。所述誤差量模擬輸入裝置包括鍵盤數據轉換電路和鍵盤，當數據采集裝置把測得 的電極絲直徑大小送入線切割數控系統時，線切割數控系統把該數據量與電極絲最初的直 徑進行比較運算，得到補償量，然后再通過鍵盤數據轉換電路將此補償量轉換成鍵盤信號 自動輸入到線切割數控系統，系統接收到此鍵盤信號后再重新控制切割機床進行補償切 割。本發明的關鍵點在于(1)數顯千分尺串口輸出的數據經過數據處理電路才能發送至線切割數控系統；(2)對電極絲直徑要進行多次測量，取得其平均值后再與電極絲最初直徑進行比 較，得到要補償的量；(3)補償量通過鍵盤數據轉換電路變成鍵盤信號后實現數據地自動輸入。與現有技術比較，本發明的優點是(1)在接觸式電極絲測量過程中采用新的電極絲自動檢測補償方法，不僅實現了 自動補償，而且還實現了零人工參與，節省了人力財力；(2)與其他檢測補償方法比較，數據處理方法實用，電路簡單，結構合理，且費用低 廉；
(3)通過多次實驗，數據結果表明，該裝置穩定可靠，補償精度達到士0. 003mm。


圖1是現有的CXD技術測量原理圖；圖2是電極絲在線自動檢測和補償系統的控制原理圖；圖3是數顯千分尺數據接口示意圖；圖4是運動控制及執行裝置的機械結構示意圖。
具體實施例方式如圖2所示為電極絲在線自動檢測和補償系統的控制原理圖。該電極絲在線自動檢測和補償系統主要包括數據采集裝置、運動控制及執行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線 切割數控系統。運動控制及執行裝置將數據采集裝置送入測試點進行8 10次測量得到 平均值，再將此平均值與電極絲最初直徑進行比較得到補償量，然后再將此補償量通過誤 差量模擬輸入裝置中的鍵盤數據轉換電路轉變成鍵盤信號反饋給線切割數控系統，線切割 數控系統重新控制線切割機床進行補償切割。(一 )數據采集裝置數據采集裝置包括數顯千分尺、數據處理電路、數據發送電路。數顯千分尺用來測 量電極絲直徑，數據接口輸出為三根線(接口示意圖如圖3) :1數據信號線data、2時鐘信 號線clk、3地線，其數據輸出串口輸出的數據特點如下(1)串行口輸出的數據是二制碼，約108ms輸出一次，其幅值約為1.2v，頻率約為 9. 5KHz，高電平有效；(2)每次輸出一組數據，表示相對位置量，每組24位，低位在前，高位在后，第一個 脈沖之前有一持續時間較長的低電平，讀數時從高位向低位開始；(3)第21位為符號位，符號位若為0，數據以原碼輸出，若為1，則以補碼輸出；(4)將采集到的24位數據直接轉換為十進制數，十進制數與顯示屏上顯示的數是 一致的。數據處理電路采用三極管放大器2N5401和反向器74HC04以及89C2051單片機， 數顯千分尺串口輸出的兩路信號即數據信號data和時鐘信號clk，接入數據處理電路，經 過放大器2N5401和反向器74HC04放大整形處理后分別送入單片機89C2051的I/O 口和外 中斷口，單片機89C2051根據外中斷口的時鐘信號采集I/O 口的數據，然后再發送至線切割 數控系統；( 二)運動控制及執行裝置運動控制及執行裝置是一個由步進電機帶動的兩軸聯動裝置，通過線切割數控系 統控制步進電機來驅動機械運動機構，將數顯千分尺準確、快速的送到指定位置(電極絲 位置)，并且在測量結束后能夠迅速的將數顯千分尺送回初始位置。運動控制及執行裝置的具體結構如圖4所示，其包括兩個步進電機、絲杠及配套 螺母、導軌及配套的兩個滑塊和數顯千分尺，所述1號步進電機1通過聯軸節與絲杠2同軸 連接，絲杠2與導軌6平行安裝，導軌6上的1號滑塊7以及1號滑塊7上的數顯千分尺3 固定在絲杠2的配套螺母上，固定在導軌6的2號滑塊8上的2號步進電機5通過另一個聯軸節與數顯千分尺3的測微螺桿連接，所述1號滑塊和2號滑塊在導軌上進行有限距離 的相對運動。
運動控制及執行裝置接到線切割數控系統發來的測量信號時，1號步進電機1帶 動絲杠2控制數顯千分尺3，使之在導軌6上作水平運動，從而將數顯千分尺3送到電極絲 4所在位置，2號步進電機5控制數顯千分尺的測微螺桿的位置，使之接觸電極絲4。1號步 進電機1工作結束后1號步進電機5才開始工作。
(三)誤差量模擬輸入裝置 當數據采集裝置把測得的電極絲直徑大小送入線切割數控系統時，線切割數控系 統把該數據量與電極絲最初的直徑進行差值運算，從而得到補償量，然后再通過鍵盤數據 轉換電路將此補償量轉換成鍵盤信號自動輸入到線切割數控系統，重新進行補償切割。如 圖2所示。
權利要求
線切割電極絲直徑在線自動檢測和補償系統，其特征在于所述系統包括數據采集裝置、運動控制及執行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線切割數控系統；所述運動控制及執行裝置將數據采集裝置送入測試點進行多次測量得到平均值，再將此平均值與電極絲最初直徑進行比較得到補償量，然后將此補償量通過誤差量模擬輸入裝置中的鍵盤數據轉換電路轉變成鍵盤信號反饋給線切割數控系統，線切割數控系統接收到此鍵盤信號后重新控制線切割機床進行補償切割；所述數據采集裝置包括數顯千分尺、數據處理電路和數據發送電路；所述數顯千分尺用來測量電極絲直徑，其數據接口輸出為三根線，分別為數據信號線data、時鐘信號線clk和地線；所述數據處理電路采用三極管放大器2N5401和反向器74HC04以及89C2051單片機，數顯千分尺串口輸出的兩路信號即數據信號data和時鐘信號clk接入到數據處理電路，經過放大器2N5401和反向器74HC04放大整形處理后分別送入單片機89C2051的I/O口和外中斷口，單片機89C2051根據外中斷口的時鐘信號采集I/O口的數據；所述數據發送電路采用收發器MAX232和DB9插座，單片機89C2051把處理后的數據通過發送電路送至線切割數控系統；所述運動控制及執行裝置是一個由步進電機帶動的兩軸聯動裝置，通過線切割數控系統控制步進電機來帶動機械運動機構，將數顯千分尺準確、快速的送到電極絲位置，并且在測量結束后迅速將數顯千分尺送回初始位置；所述誤差量模擬輸入裝置包括鍵盤數據轉換電路和鍵盤，當數據采集裝置把測得的電極絲直徑大小送入線切割數控系統時，線切割數控系統把該數據量與電極絲最初的直徑進行比較運算，得到補償量，然后再通過鍵盤數據轉換電路將此補償量轉換成鍵盤信號自動輸入到線切割數控系統，系統接收到此鍵盤信號后再重新控制切割機床進行補償切割。
2.根據權利要求1所述的線切割電極絲直徑在線自動檢測和補償系統，其特征在于 所述運動控制及執行裝置包括兩個步進電機、絲杠及配套螺母、導軌及配套的兩個滑塊和 數顯千分尺；所述1號步進電機⑴通過聯軸節與絲杠⑵同軸連接，絲杠⑵與導軌(6) 平行安裝，導軌(6)上的1號滑塊(7)以及1號滑塊(7)上的數顯千分尺(3)固定在絲杠 (2)的配套螺母上，固定在導軌(6)的2號滑塊(8)上的2號步進電機(5)通過另一個聯軸 節與數顯千分尺(3)的測微螺桿連接；所述運動控制及執行裝置接到線切割數控系統發來的測量信號時，1號步進電機(1) 帶動絲杠(2)控制數顯千分尺(3)，使之在導軌(6)上作水平運動，從而將數顯千分尺(3) 送到電極絲所在位置，2號步進電機(5)控制數顯千分尺(3)的測微螺桿的位置，使之接觸 電極絲，然后再進行測量，1號步進電機(1)工作結束后2號步進電機(5)才開始工作。
全文摘要
本發明提出線切割電極絲直徑在線自動檢測和補償系統，其包括數據采集裝置、運動控制及執行裝置、誤差量模擬輸入裝置和線切割數控系統。所述運動控制及執行裝置將數據采集裝置送入測試點進行多次測量得到平均值，再將此平均值與電極絲最初直徑進行比較得到補償量，然后將此補償量通過誤差量模擬輸入裝置中的鍵盤數據轉換電路轉變成鍵盤信號反饋給線切割數控系統，線切割數控系統接收到此鍵盤信號后重新控制線切割機床進行補償切割。本發明采用新的電極絲自動檢測補償方法，不僅實現了自動補償，而且還實現了零人工參與，節省了人力財力；其數據處理方法實用，電路簡單，結構合理，且費用低廉，穩定可靠，補償精度高。
文檔編號B23H7/02GK101829823SQ201010159180
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者萬文略, 張天恒, 楊繼森, 鄭方燕, 鄭永, 陳兵, 陳錫侯, 高忠華 申請人:重慶理工大學