一种适用于光学球面铣磨机器人的铣刀磨损测量补偿装置的制作方法

本发明涉及光学元件加工领域，具体是一种适用于光学球面铣磨机器人的铣刀磨损测量补偿装置。

背景技术：

目前在光学球面铣磨中，加工前首先要根据产品需求的球面度来调试设备。但是在生产过程中，随着刀具的磨损，球面度也在随着变化，当球面度变化大于生产标准范围，必须重新调试刀具位置来补偿磨损量，由于微小的磨损量，调试到位非常困难，需要多次反复调试，和对球面度反复测量才能完成。每套产品生产过程中都要调整多次，不但增加操作人员的劳动强度，特别在自动化生产流水线上是制约生产效率的一大难题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于光学球面铣磨机器人的铣刀磨损测量补偿装置，自动实现铣刀磨损的快速测量和调试操作，解决光学元件生产中铣刀调试困难造成生产效率低的问题。

本发明的技术方案为：

一种适用于光学球面铣磨机器人的铣刀磨损测量补偿装置，包括有滑板底座、固定于滑板底座顶端的补偿步进电机、顶端与补偿步进电机输出轴固定连接的丝杠、连接于丝杠上的升降滑板、固定于升降滑板上的铣刀电机、固定连接于铣刀电机输出轴上的铣刀、固定于滑板底座底端上的固定安装板、固定于固定安装板上测量步进电机和编码器、以及弹性传动皮带、测量摆杆和控制器，所述的滑板底座上设置有升降导轨，所述的升降滑板滑动连接于升降导轨上沿升降导轨进行升降移动，所述的测量步进电机输出轴和编码器转轴均为水平设置且相互平行，所述的弹性传动皮带缠绕于步进电机的输出轴和编码器的转轴上从而使得步进电机的输出轴通过弹性传动皮带带动编码器的转轴同步转动，所述的编码器位于铣刀的侧方，测量摆杆的内端固定连接于编码器的转轴上且测量摆杆的内端朝向编码器转轴的圆心，所述的补偿步进电机、测量步进电机、编码器均与控制器连接。

所述的控制器包括有单片机ic1，分别与单片机ic1连接的编码器读取电路、显示屏、通讯电路、按键电路、测量步进电机驱动电路和补偿步进电机驱动电路。

所述的编码器读取电路包括有rs485芯片ic3、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、稳压二极管d3和稳压二极管d4，所述的rs485芯片ic3与单片机ic1的p1.0引脚、p1.1引脚、p1.2引脚对应连接，所述的电阻r6的一端、电阻r7的一端、电阻r9的一端相互连接并与rs485芯片ic3的一引脚连接，所述的电阻r8的一端、电阻r7的另一端、电阻r10的一端相互连接并与rs485芯片ic3的一引脚连接，所述的电阻r6的另一端、rs485芯片ic3的电源端、编码器的电源端均与电源正极连接，所述的电阻r8的另一端、rs485芯片ic3的接地端、编码器的接地端均接地，编码器的a1信号输出接口、稳压二极管d3的正极均与电阻r9的另一端连接，编码器的b1信号输出接口、稳压二极管d4的正极均与电阻r10的另一端连接，稳压二极管d3的负极和稳压二极管d4的负极连接。

所述的通讯电路包括有rs485芯片ic2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、稳压二极管d1、稳压二极管d2和通讯接口j1，所述的rs485芯片ic2与单片机ic1的p3.0引脚、p3.1引脚、p3.2引脚对应连接，所述的电阻r1的一端、电阻r2的一端、电阻r4的一端相互连接并与rs485芯片ic2的一引脚连接，所述的电阻r3的一端、电阻r2的另一端、电阻r5的一端相互连接并与rs485芯片ic2的一引脚连接，所述的电阻r1的另一端、rs485芯片ic2的电源端均与电源正极连接，所述的电阻r3的另一端、rs485芯片ic2的接地端均接地，通讯接口j1的b端口、稳压二极管d1的正极均与电阻r4的另一端连接，通讯接口j1的a端口、稳压二极管d2的正极均与电阻r5的另一端连接，稳压二极管d1的负极和稳压二极管d2的负极连接。

所述的按键电路包括有测量补偿启动按键sq1、编码器复位测量按键sq2、测量启动按键sq3、铣刀下降启动按键sq4和铣刀上升启动按键sq5，所述的测量补偿启动按键sq1、编码器复位检测按键sq2、测量启动按键sq3、铣刀下降启动按键sq4、铣刀上升启动按键sq5的一端分别与单片机ic1的引脚一一对应连接，测量补偿启动按键sq1、编码器复位检测按键sq2、测量启动按键sq3、铣刀下降启动按键sq4、铣刀上升启动按键sq5的另一端均接地。

所述的测量步进电机驱动电路包括有与单片机ic1连接的测量步进电机驱动器qd1，所述的测量步进电机与测量步进电机驱动器qd1的驱动端连接。

所述的补偿步进电机驱动电路包括有与单片机ic1连接的补偿步进电机驱动器qd2，所述的补偿步进电机与补偿步进电机驱动器qd2的驱动端连接。

本发明的优点：

本发明通过编码器带动的测量摆杆测量铣刀初始铣磨面的位置，设定编码器零点，当需要进行测量补偿时，再通过编码器带动的测量摆杆测量铣刀铣磨面的位置，当编码器的测量值不为零时，即进行补偿操作，通过编码器的测量值确定铣刀铣磨面的磨损值，然后驱动补偿步进电机带动铣刀进行升降移动实现铣刀铣磨面的补偿调试。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明测量摆杆的连接结构图。

图3是本发明的控制原理框图。

图4是本发明单片机ic1的引脚接线图。

图5是本发明编码器读取电路的电路图。

图6是显示屏的引脚接线图。

图7是本发明通讯电路的电路图。

图8是本发明按键电路的电路图。

图9是本发明测量步进电机驱动电路的电路图。

图10是本发明补偿步进电机驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1和图2，一种适用于光学球面铣磨机器人的铣刀磨损测量补偿装置，包括有滑板底座1、固定于滑板底座1顶端的补偿步进电机2、顶端与补偿步进电机2输出轴固定连接的丝杠3、连接于丝杠3上的升降滑板4、固定于升降滑板4上的铣刀电机5、固定连接于铣刀电机5输出轴上的铣刀6、固定于滑板底座1底端上的固定安装板7、固定于固定安装板7上测量步进电机8和编码器9、以及弹性传动皮带10、测量摆杆11和控制器，滑板底座1上设置有升降导轨，升降滑板4滑动连接于升降导轨上沿升降导轨进行升降移动，测量步进电机8输出轴和编码器9转轴均为水平设置且相互平行，弹性传动皮带10缠绕于步进电机8的输出轴和编码器9的转轴上从而使得步进电机8的输出轴通过弹性传动皮带10带动编码器9的转轴同步转动，编码器9位于铣刀6的侧方，测量摆杆11的内端固定连接于编码器9的转轴上且测量摆杆11的内端朝向编码器9转轴的圆心，补偿步进电机2、测量步进电机8、编码器9均与控制器连接。

见图3-图10，控制器包括有单片机ic1，分别与单片机ic1连接的编码器读取电路、显示屏ic4、通讯电路、按键电路、测量步进电机驱动电路和补偿步进电机驱动电路；

见图5，编码器读取电路包括有rs485芯片ic3、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、稳压二极管d3和稳压二极管d4，rs485芯片ic3与单片机ic1的p1.0引脚、p1.1引脚、p1.2引脚对应连接，电阻r6的一端、电阻r7的一端、电阻r9的一端相互连接并与rs485芯片ic3的引脚7连接，电阻r8的一端、电阻r7的另一端、电阻r10的一端相互连接并与rs485芯片ic3的引脚6连接，电阻r6的另一端、rs485芯片ic3的电源端、编码器的电源端均与电源正极连接，电阻r8的另一端、rs485芯片ic3的接地端、编码器的接地端均接地，编码器9的a1信号输出接口、稳压二极管d3的正极均与电阻r9的另一端连接，编码器9的b1信号输出接口、稳压二极管d4的正极均与电阻r10的另一端连接，稳压二极管d3的负极和稳压二极管d4的负极连接。

见图7，通讯电路包括有rs485芯片ic2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、稳压二极管d1、稳压二极管d2和通讯接口j1，rs485芯片ic2与单片机ic1的p3.0引脚、p3.1引脚、p3.2引脚对应连接，电阻r1的一端、电阻r2的一端、电阻r4的一端相互连接并与rs485芯片ic2的引脚7连接，电阻r3的一端、电阻r2的另一端、电阻r5的一端相互连接并与rs485芯片ic2的引脚6连接，电阻r1的另一端、rs485芯片ic2的电源端均与电源正极连接，电阻r3的另一端、rs485芯片ic2的接地端均接地，通讯接口j1的b端口、稳压二极管d1的正极均与电阻r4的另一端连接，通讯接口j1的a端口、稳压二极管d2的正极均与电阻r5的另一端连接，稳压二极管d1的负极和稳压二极管d2的负极连接。

见图8，按键电路包括有测量补偿启动按键sq1、编码器复位测量按键sq2、测量启动按键sq3、铣刀下降启动按键sq4和铣刀上升启动按键sq5，测量补偿启动按键sq1、编码器复位检测按键sq2、测量启动按键sq3、铣刀下降启动按键sq4、铣刀上升启动按键sq5的一端分别与单片机ic1的p3.3-p3.7引脚一一对应连接，测量补偿启动按键sq1、编码器复位检测按键sq2、测量启动按键sq3、铣刀下降启动按键sq4、铣刀上升启动按键sq5的另一端均接地。

见图9，测量步进电机驱动电路包括有与单片机ic1的p2.5-p2.7引脚连接的测量步进电机驱动器qd1，测量步进电机8与测量步进电机驱动器qd1的驱动端连接。

见图10，补偿步进电机驱动电路包括有与单片机ic1的p1.3-p1.5引脚连接的补偿步进电机驱动器qd2，补偿步进电机2与补偿步进电机驱动器qd2的驱动端连接。

本发明进行铣刀磨损测量补偿的过程:

(1)、当调试确定光学球面度符合要求，铣刀的铣磨面位置已经确定后，按下编码器复位检测按键sq2，测量步进电机8通过弹性传动皮带10带动编码器9转轴上的测量摆杆11同步转动，测量摆杆11由停留位(竖直状态)旋转到铣刀铣磨部位，通过弹性传动皮带10使测量摆杆11和铣刀6磨损面有一定的压力，确保结合面贴合，然后单片机ic1将编码器9复位为零点，这个零点，既是铣刀6的原始铣磨面位置，也是补偿的参照点，复位后单片机ic1驱动测量步进电机8带动测量摆杆11返回到停留位；

(2)、铣刀磨损测量补偿有自动和手动两种方式：

(a)、自动状态是在铣磨机器人上使用，铣磨机器人通过总线和通讯电路的通讯接口j1连接，铣磨机器人根据设置的铣磨次数，自动进入测量补偿操作，具体过程是：铣磨机器人首先根据铣磨材料硬度和铣刀磨损量的变化情况，设置相应的铣磨次数然后发送给单片机ic1，当光学球面生产中铣磨次数达到设置次数时，单片机ic1驱动测量步进电机8，测量步进电机8通过弹性传动皮带10带动编码器9转轴上的测量摆杆11同步转动，测量摆杆11由停留位(竖直状态)旋转到铣刀铣磨部位，通过显示屏ic4读取编码器值，当编码器值为零点，即无磨损，当编码器值不为零点，则编码器值即为磨损值，单片机ic1将磨损值换算成铣刀6高度的调整值后，驱动补偿步进电机2带动铣刀6进行位置调试，完成铣刀磨损补偿操作；

(b)、在手动状态下，点动测量补偿启动按键sq1，单片机ic1重复步骤(a)进行测量补偿操作。按下测量启动按键sq3只是测量一次磨损量；按下铣刀下降启动按键sq4，铣刀会按照单片机ic1设置距离下降一次，按下铣刀上升启动按键sq5，铣刀会按照单片机ic1设置距离上升一次。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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