一种机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置及测控方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置及测控方法，其中测控装置包括柱型楔块、微距激光测距传感器、无线通信模块以及控制器模块；柱型楔块固定在偏心主轴的端面中心处，在偏心主轴的前端偏心位置处通过夹持锁定机构安装有铣刀；微距激光测距传感器指向柱型楔块的被测端面。该机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置及测控方法利用微距激光测距传感器与柱型楔块的配合，能够根据测量的距离值间接计算出偏心主轴相对公转壳体的旋转角度θ，并计算获得铣刀实时偏心量e，且微距激光测距传感器与柱型楔块能够安装在铣孔执行器的后端，不会影响机器人螺旋铣孔的加工操作。

An on-line measurement and control device and method for eccentricity of robot spiral hole milling cutter

【技术实现步骤摘要】
一种机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置及测控方法
本专利技术涉及一种偏心量在线测控装置及其测控方法，尤其是一种机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置及测控方法。
技术介绍
机器人螺旋铣孔以其制孔范围大、加工效率高等优势，在提高大型工件制孔品质和效率的方面具有广阔的应用前景。由于机器人本体的弱刚性、低承载等特性，这使其对铣孔执行器整机性能要求特别高。机器人螺旋铣孔时，铣刀瞬时偏心量调节是一个尤为关键的工序环节，其调节机构及方法不仅会影响螺旋铣孔的加工精度，还将决定铣孔执行器的组成结构和整机重量。目前，机器人螺旋铣孔刀具偏心量调节，从调节原理可分为两类：一类采用双偏心套筒原理，通过改变内外偏心套筒相对转角实现偏心量调整；一类将主轴通过垂直轴线的直线运动装置布置在公转机构上，通过直线运动装置调整偏心量。从控制方式来看，机器人螺旋铣孔刀具偏心量调节又可分为开环控制和闭环控制。通过检索发现，机器人螺旋铣孔执行器多采用双偏心套筒，进行铣刀偏心量调节，这种偏心调节方案的调节可靠性和工作稳定性均很好，但为了简化执行器结构、降低整机重量，却又多采用开环控制方式。由于螺旋铣孔执行器组合结构比较复杂，导致采用开环控制方式的铣刀偏心量调节精度难以达到待制孔的加工精度要求。现有中国专利CN201510304427.5、201910452553.3、201910453475.9分别提供了一种螺旋铣孔刀具偏心量检测方案，使刀具偏心调节精度得到了有效控制。但把上述三个专利应用于机器人螺旋铣孔时，却存在一些共性问题：进行刀具偏心量检测时，若是采取检测装置离线存放，必须现场将检测装置安装于铣孔执行器前端，会影响机器人螺旋铣孔的加工效率；若是采取检测装置在线安装，由于检测装置位于铣孔执行器前端，会影响机器人螺旋铣孔的加工操作。可见，上述因素在一定程度上阻碍了机器人螺旋铣孔的普及应用。为了加速机器人螺旋铣孔的应用推广，有必要基于机器人螺旋铣孔平台，结合其作业流程和特点，开发一套铣刀瞬时偏心量在线测控装置及测控方法。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置及测控方法，能够对机器人螺旋铣孔铣刀的偏心量进行在线测控，且安装在铣孔执行器的后端，不会影响机器人螺旋铣孔的加工操作。技术方案：本专利技术所述的机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置，包括柱型楔块、微距激光测距传感器、无线通信模块以及控制器模块；柱型楔块用于固定安装在铣孔执行器的偏心主轴的端面中心处，在偏心主轴的前端偏心位置处通过夹持锁定机构安装有铣刀；微距激光测距传感器指向柱型楔块的被测端面，且微距激光测距传感器的指向与偏心主轴的中心轴线相平行；柱型楔块的被测端面设置为斜坡面；微距激光测距传感器与无线通信模块电连接，无线通信模块与控制器模块的无线通信单元无线通信连接；控制器模块的输出端用于与铣孔执行器的偏心驱动电机电连接，由偏心驱动电机驱动偏心主轴旋转，从而调节铣刀的偏心量。作为测控装置的进一步限定方案，在偏心主轴的端面中心处设置有中心凹槽，并在中心凹槽内嵌入安装有轴端板；在轴端板的中心处垂直设置有制动轴；在柱型楔块的中心处设置有中心孔，柱型楔块固定安装在轴端板上，制动轴贯穿中心孔；偏心主轴旋转式安装在公转壳体的偏心位置处，并在公转壳体的后端安装有后端盖；微距激光测距传感器以及无线通信模块均安装在后端盖内；在后端盖上固定安装有与控制器模块电连接的电磁制动器；制动轴的端部伸入电磁制动器内，由电磁制动器对制动轴进行制动控制。作为测控装置的进一步限定方案，偏心驱动电机固定安装在公转壳体上，且偏心驱动电机通过传动机构驱动制动轴旋转。作为测控装置的进一步限定方案，夹持锁定机构包括刀杆对接轴、制孔驱动电机、四根锁定螺柱、同步环以及两根锁定柱；在偏心主轴的前端偏心位置处设置有旋转安装轴孔，刀杆对接轴的后端通过两个安装轴承旋转式安装在旋转安装轴孔内；制孔驱动电机安装在旋转安装轴孔内，且制孔驱动电机的输出轴端部与刀杆对接轴的后端相对接安装；在刀杆对接轴的前端面中心处设置有刀具插孔，铣刀的后端插装在刀具插孔中；在铣刀的插入端端面上设置有矩形凹槽，在刀具插孔的孔底部设置有矩形凸块，且矩形凸块嵌入矩形凹槽内；在刀杆对接轴的前端圆周面上设置有四个与刀具插孔垂直连通的锁紧螺纹孔，且四个锁紧螺纹孔位于同一圆周的四等分点处；四根锁定螺柱分别螺纹旋合安装在四个锁紧螺纹孔上，并在四根锁定螺柱的外端部上均设置有调节齿轮；同步环旋转式套设在刀杆对接轴的前端圆周面上，并在同步环的内侧环面上设置有限位环槽，在刀杆对接轴的前端圆周面上设置有嵌入限位环槽内的限位凸圈；在同步环的一侧环形边缘上间隔设置有各个同步齿牙，四个调节齿轮与对应位置处的同步齿牙相啮合；两根锁定柱均旋转式安装在刀杆对接轴的前端圆周面上，且两根锁定柱位于同一圆周的二等分点处；在同步环的另一侧环形边缘上间隔设置有各个驱动齿牙，在两个锁定柱上均设置有与对应位置处的驱动齿牙相啮合的驱动齿轮；两根锁定柱的端部设置为便于旋转调节的夹持端头；在四根锁定螺柱的内端部上均设置为锥形端头，在铣刀的后端圆周上设置有锥形收缩段，锥形端头按压在锥形收缩段上，用于挤压推动铣刀限位在刀具插孔内。作为测控装置的进一步限定方案，在刀杆对接轴的前端圆周面上固定设置有环形罩壳；四个调节齿轮、同步环以及两个驱动齿牙均位于环形罩壳内；夹持端头位于环形罩壳外。作为测控装置的进一步限定方案，在刀杆对接轴的前端圆周面上且靠近两根锁定柱处均固定设置有一个锁定座；在锁定座上设置有锁定销孔，在锁定销孔上均插装有一根锁定销杆；在锁定销孔的孔壁上设置有条形限位槽，在锁定销杆的杆壁上设置有滑动式嵌入条形限位槽内的条形限位块；在锁定销孔内设置有弹性支撑在锁定销杆插入端上的回弹压簧；在锁定销杆的外端部上设置有条形锁定板，并在条形锁定板上设置有用于卡扣夹持端头的矩形槽口。本专利技术还提供了一种机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置的测控方法，包括如下步骤：步骤1，标定第一极限检测位置以及第二极限检测位置，第一极限检测位置为微距激光测距传感器最小测量值dmin所对应的位置，第二极限检测位置为微距激光测距传感器最大测量值dmax所对应的位置，再确定出最小测量值dmin位置处对应的铣刀最小偏心量emin，以及最大测量值dmax位置处对应的铣刀最大偏心量emax；步骤2，根据最小测量值dmin、最大测量值dmax、铣刀最小偏心量emin以及铣刀最大偏心量emax计算出铣刀实时偏心量e与微距激光测距传感器实时测量值d的对应转换关系；步骤3，根据待制孔直径DH以及铣刀直径dT计算铣刀理论偏心量e1，即e1＝(DH-dT)/2，再根据待制孔的加工精度要求，确定铣刀偏心量调节的最大允许误差为δ；步骤4，根据对应转换关系实时地将微距激光测距传感器的实际测量值d2转换为铣刀实际偏心量e2，由控制器模块控制偏心驱动电机，驱动偏心主轴以及柱型楔块旋转；步骤5，偏心量调节判断：若0≤|e2-e1|≤δ，则偏心量调节完成。作为测控方法的进一步限定方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置，其特征在于：包括柱型楔块(1)、微距激光测距传感器(2)、无线通信模块(3)以及控制器模块(4)；/n柱型楔块(1)用于固定安装在铣孔执行器(20)的偏心主轴(202)的端面中心处，在偏心主轴(202)的前端偏心位置处通过夹持锁定机构安装有铣刀(201)；微距激光测距传感器(2)指向柱型楔块(1)的被测端面，且微距激光测距传感器(2)的指向与偏心主轴(202)的中心轴线相平行；柱型楔块(1)的被测端面设置为斜坡面；微距激光测距传感器(2)与无线通信模块(3)电连接，无线通信模块(3)与控制器模块(4)的无线通信单元无线通信连接；控制器模块(4)的输出端用于与铣孔执行器(20)的偏心驱动电机(205)电连接，由偏心驱动电机(205)驱动偏心主轴(202)旋转，从而调节铣刀(201)的偏心量。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置，其特征在于：包括柱型楔块(1)、微距激光测距传感器(2)、无线通信模块(3)以及控制器模块(4)；
柱型楔块(1)用于固定安装在铣孔执行器(20)的偏心主轴(202)的端面中心处，在偏心主轴(202)的前端偏心位置处通过夹持锁定机构安装有铣刀(201)；微距激光测距传感器(2)指向柱型楔块(1)的被测端面，且微距激光测距传感器(2)的指向与偏心主轴(202)的中心轴线相平行；柱型楔块(1)的被测端面设置为斜坡面；微距激光测距传感器(2)与无线通信模块(3)电连接，无线通信模块(3)与控制器模块(4)的无线通信单元无线通信连接；控制器模块(4)的输出端用于与铣孔执行器(20)的偏心驱动电机(205)电连接，由偏心驱动电机(205)驱动偏心主轴(202)旋转，从而调节铣刀(201)的偏心量。


2.根据权利要求1所述的机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置，其特征在于：在偏心主轴(202)的端面中心处设置有中心凹槽，并在中心凹槽内嵌入安装有轴端板(204)；在轴端板(204)的中心处垂直设置有制动轴(206)；在柱型楔块(1)的中心处设置有中心孔，柱型楔块(1)固定安装在轴端板(204)上，制动轴(206)贯穿中心孔；偏心主轴(202)旋转式安装在公转壳体(203)的偏心位置处，并在公转壳体(203)的后端安装有后端盖(207)；微距激光测距传感器(2)以及无线通信模块(3)均安装在后端盖(207)内；在后端盖(207)上固定安装有与控制器模块(4)电连接的电磁制动器(208)；制动轴(206)的端部伸入电磁制动器(208)内，由电磁制动器(208)对制动轴(206)进行制动控制。


3.根据权利要求2所述的机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置，其特征在于：偏心驱动电机(205)固定安装在公转壳体(203)上，且偏心驱动电机(205)通过传动机构(209)驱动制动轴(206)旋转。


4.根据权利要求1所述的机器人螺旋铣孔铣刀偏心量在线测控装置，其特征在于：夹持锁定机构包括刀杆对接轴(214)、制孔驱动电机(211)、四根锁定螺柱(218)、同步环(221)以及两根锁定柱(226)；在偏心主轴(202)的前端偏心位置处设置有旋转安装轴孔(213)，刀杆对接轴(214)的后端通过两个安装轴承(210)旋转式安装在旋转安装轴孔(213)内；制孔驱动电机(211)安装在旋转安装轴孔(213)内，且制孔驱动电机(211)的输出轴端部与刀杆对接轴(214)的后端相对接安装；在刀杆对接轴(214)的前端面中心处设置有刀具插孔(217)，铣刀(201)的后端插装在刀具插孔(217)中；在铣刀(201)的插入端端面上设置有矩形凹槽(236)，在刀具插孔(217)的孔底部设置有矩形凸块(238)，且矩形凸块(238)嵌入矩形凹槽(236)内；在刀杆对接轴(214)的前端圆周面上设置有四个与刀具插孔(217)垂直连通的锁紧螺纹孔(212)，且四个锁紧螺纹孔(212)位于同一圆周的四等分点处；四根锁定螺柱(218)分别螺纹旋合安装在四个锁紧螺纹孔(212)上，并在四根锁定螺柱(218)的外端部上均设置有调节齿轮(219)；同步环(221)旋转式套设在刀杆对接轴(214)的前端圆周面上，并在同步环(221)的内侧环面上设置有限位环槽(224)，在刀杆对接轴(214)的前端圆周面上设置有嵌入限位环槽(224)内的限位凸圈(225)；在同步环(221)的一侧环形边缘上间隔设置有各个同步齿牙(222)，四个调节齿轮(219)与对应位置处的同步齿牙(222)相啮合；两根锁定柱(226)均旋转式安装在刀杆对接轴(214)的前端圆周面上，且两根锁定柱(226)位于同一圆周的二等分点处；在同步环(221)的另一侧环形边缘上间隔设置有各个驱动齿牙(223)，在两个锁定柱(226)上均设置有与对应位置处的驱动齿牙(223)相啮合的驱动齿轮(228)；两根锁定柱(226)的端部设置为便于旋转调节的夹持端头(227)；在四根锁定螺柱(218)的内端部上均...

【专利技术属性】
技术研发人员：单以才，张磊，刘强，阎舜，宋翔，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32