CN111571707A

CN111571707A - 一种机床台面涨缩检测方法、装置及pcb钻孔机

Info

Publication number: CN111571707A
Application number: CN201910344496.7A
Authority: CN
Inventors: 袁绩; 常远
Original assignee: Vega CNC Technology Suzhou Co Ltd
Current assignee: Vega CNC Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: CN111571707B

Abstract

本发明公开了一种机床台面涨缩检测方法、装置及PCB钻孔机，该方法包括测刀控制模块控制机床的主轴抓取刀具放入刀具检测器内；刀具检测器内部包括发射器和接收器；测刀控制模块控制电机带动主轴沿第一方向运动；第一方向平行于机床台面所在平面；接收器在刀具开始触碰检测光束及刀具离开检测光束时，指示测刀控制模块分别获取沿第一方向上电机的第一位置和第二位置；根据这两个位置确定检测光束的中心坐标，将检测光束的中心坐标和基准值相比较，若差值大于预设阈值时，发出警报提示。本发明借助刀具检测器对机床台面的涨缩情况直接进行检测，在机床台面涨缩过大时，给出报警提示，确保机床的加工精度。

Description

一种机床台面涨缩检测方法、装置及PCB钻孔机

技术领域

本发明实施例涉及检测技术领域，尤其涉及一种机床台面涨缩检测方法、装置及PCB钻孔机。

背景技术

PCB钻孔机是一款高速高精度高稳定性的高端加工设备，应用于印刷电路板的通孔加工、深孔加工、背钻加工等关键工艺制程，对印刷电路板的加工品质具有极其重要的影响。随着印刷电路板的集成度越来越高，加工孔径越来越小，对PCB钻孔机加工精度的要求随之提升。

而PCB钻孔机的机床由钢、铁、铝合金等各种材料设计组装而成，而不同材料的热膨胀系数不同，随着内部温度的变化，机床台面的涨缩不可避免，这将会影响钻孔的定位精度，影响印刷电路板的加工精度。

现阶段的PCB钻孔机并没有直接检测机床台面涨缩情况的功能，厂家都是通过冷却水带走电机等产生的热量，通过检测水温间接判断机床内部温度，从而预测机床台面的涨缩情况。或者在电机处配备温度传感器，检测电机内部温度，进而间接判断机床台面的涨缩情况。

发明内容

本发明提供一种机床台面涨缩检测方法、装置及PCB钻孔机，可以直接检测台面涨缩情况，进而确保了机床的加工精度。

第一方面，本发明提供了一种机床台面涨缩检测方法，该机床台面涨缩检测方法包括：

测刀控制模块控制机床的主轴抓取刀具放入刀具检测器内；所述刀具检测器内部包括发射器和接收器；

所述发射器发射检测光束，所述接收器接收所述发射器发出的所述检测光束；

所述测刀控制模块控制电机带动所述主轴沿第一方向运动；所述第一方向平行于所述机床台面所在平面；

所述接收器在刀具开始触碰所述检测光束时，向所述测刀控制模块发出第一电信号，以指示所述测刀控制模块获取沿第一方向上所述电机的第一位置；所述接收器在刀具离开所述检测光束时，向所述测刀控制模块发出第二电信号，以指示所述测刀控制模块获取沿第一方向上所述电机的第二位置；

所述测刀控制模块根据所述电机的第一位置以及所述电机的第二位置确定所述检测光束的中心坐标，并在所述检测光束的中心坐标和基准值的差值大于预设阈值时，发出警报提示。

可选的，在所述测刀控制模块根据所述电机的第一位置以及所述电机的第二位置确定所述检测光束的中心坐标之时，还包括：

所述测刀控制模块根据所述电机的第一位置以及所述电机的第二位置确定所述刀具的直径。

可选的，所述测刀控制模块每隔预设周期执行控制主轴抓取刀具放入刀具检测器内的操作；其中，所述预设周期为更换刀具周期。

可选的，在所述测刀控制模块控制电机带动所述主轴沿第一方向运动之时，还包括：

所述测刀控制模块通过所述主轴控制所述刀具在所述刀具检测器内旋转。

可选的，所述测刀控制模块根据所述电机的第一位置以及所述电机的第二位置确定所述检测光束的中心坐标包括：

所述测刀控制模块根据如下公式确定所述检测光束的中心坐标：

其中，S为所述检测光束的中心坐标；x₁为所述电机的第一位置；x₂为所述电机的第二位置。

可选的，所述第一方向为所述机床台面的X轴方向。

第二方面，本发明提供了一种机床台面涨缩检测装置，该装置包括：

测刀控制模块和刀具检测器；

所述测刀控制模块与所述刀具检测器相连；所述刀具检测器内部包括发射器和接收器；

所述测刀控制模块用于控制机床的主轴抓取刀具放入刀具检测器内，所述发射器用于发射检测光束，所述接收器用于接收检测光束；所述测刀控制模块还用于控制电机带动主轴沿第一方向运动；所述第一方向平行于所述机床台面所在平面；

所述接收器在刀具开始触碰所述检测光束时，向所述测刀控制模块发出第一电信号，以指示所述测刀控制模块获取沿第一方向上所述电机的第一位置；所述接收器在刀具刚离开所述检测光束时，向所述测刀控制模块发出第二电信号，以指示所述测刀控制模块获取沿第一方向上所述电机的第二位置；

可选的，所述测刀控制模块还用于根据所述电机的第一位置以及所述电机的第二位置确定所述刀具的直径。

可选的，所述第一方向为所述机床台面的X轴方向。

可选的，所述刀具检测器包括刀具设置孔；所述发射器和所述接收器位于所述刀具设置孔相对的两侧；所述发射器和所述接收器的连线平行于所述发射器的检测光束发射方向；所述发射器的检测光束发射方向垂直于所述X轴方向。

第三方面，本发明提供了一种PCB钻孔机，该钻孔机包括权利要求第二方面所述的机床台面涨缩检测装置。

本发明实施例通过在机床台面一端设置刀具检测器，测刀控制模块控制主轴抓取刀具放入刀具检测器中，并控制电机带动主轴沿第一方向移动，使得刀具沿第一方向穿过所述刀具检测器，当刀具接收器在刀具开始触碰检测光束时，向测刀控制模块发出第一电信号，以指示测刀控制模块获取沿第一方向上电机的第一位置；接收器在刀具刚离开检测光束时，向测刀控制模块发出第二电信号，以指示测刀控制模块获取沿第一方向上电机的第二位置，测刀控制模块根据电机的第一位置以及电机的第二位置确定刀具检测器检测光束的中心坐标，将检测光束的中心坐标与基准值相比较，进而得出机床台面的涨缩情况。本发明实施例实现了对机床台面涨缩情况的直接检测，确保了机床的加工精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种机床的整体结构示意图；

图2是图1中圆框100处的局部结构放大图；

图3是本发明实施例提供的一种机床台面涨缩检测方法的流程示意图；

图4是图1中圆框200处的局部结构放大图；

图5是本发明实施例提供的机床台面涨缩检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的机床的整体结构示意图，图2为图1中虚线框100处的局部结构放大图，参见图1及图2，机床上安装有X轴组件、Y轴组件和Z轴组件。其中X轴组件包括X轴电机1和X轴光栅尺2。Z轴组件套设在X轴电机1上，整体实现X轴和Z轴运动。Z轴组件包括Z轴电机3以及主轴4。Y轴组件包括Y轴光栅尺(图中未示出)和Y轴电机(图中未示出)。X轴组件和Y轴组件在X轴电机1、Y轴电机2和独立光栅尺反馈控制下行走到固定坐标，然后Z轴电机3工作，带动主轴4和刀具5实现钻孔下钻。X轴方向和Y轴方向垂直，X轴方向和Y轴方向平行于机床台面所在平面，Z轴方向垂直于机床台面所在平面。在机床的工作过程中，X轴方向和Y轴方向上的电机会产生热量，机床台面受温度影响会发生涨缩，机床台面的涨缩进而会影响机床的加工精度。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种机床台面涨缩检测方法，图3为本发明实施例提供的一种机床台面涨缩检测方法的流程示意图。参见图3，该机床台面涨缩检测方法包括：

S110、测刀控制模块控制机床的主轴抓取刀具放入刀具检测器内。

S120、发射器发射检测光束，接收器接收发射器发出的检测光束。

图4为图1中虚线框200处的局部结构放大图，如图4所示，刀具检测器6可以放置在机床台面远离机床X轴电机的一端，即位于图4中机床台面的前端，机床台面的后端为加工台面。刀具检测器内部包括发射器(图4中未示出)和接收器(图4中未示出)；发射器用于发出检测光束，检测光束垂直于第一方向。第一方向平行于机床台面所在平面。接收器设置在检测光束的接收端，例如可以是一个感光元件。

可选的，当测刀工序开始时，测刀控制模块控制刀具检测器开始工作，发射器发射检测光束，接收器开始接收检测光束，当每次测刀工序完成的时候，测刀控制模块控制刀具检测器停止工作，待下一次测刀时重新开启。

S130、测刀控制模块控制电机带动主轴沿第一方向运动。

其中，本发明实施设置X轴方向和Y轴方向所在平面为机床台面所在平面。

由于多个主轴沿X轴方向排列，X轴方向移动的部件有X轴电机、Z轴电机以及主轴，因此X轴方向的负载较大，机床台面沿X轴方向的涨缩变化较大，检测平行于主轴的排列方向(即X轴方向)的涨缩有较大的参考价值和意义。

因此本发明实施例优选的设置第一方向平行于机床台面的X轴方向，即测刀控制模块控制电机带动主轴沿X轴方向运动。

需要说明的是，测刀控制模块控制电机带动主轴沿X轴方向运动为本发明的一可选实施方式，在其他实施方式中，还可以根据实际情况，设置测刀控制模块控制电机带动主轴沿X轴方向和/或Y轴方向运动。

本发明实施例中的刀具检测器包括刀具设置孔；发射器和接收器位于刀具设置孔相对的两侧；发射器和接收器的连线平行于发射器的检测光束发射方向，因此接收器可以接收到发射器发射的检测光束。若第一方向为X轴方向，那么测刀控制模块控制X轴电机带动主轴沿X轴方向运动，所以设置发射器的检测光束发射方向垂直于X轴方向(即平行于Y轴方向)。

S140、接收器在刀具开始触碰检测光束时，向测刀控制模块发出第一电信号，以指示测刀控制模块获取沿第一方向上电机的第一位置；接收器在刀具离开检测光束时，向测刀控制模块发出第二电信号，以指示测刀控制模块获取沿第一方向上电机的第二位置。

机床上设置有光栅尺，光栅尺用于读取电机的位置并实时发送给电机驱动器，电机驱动器根据光栅尺发送的电机位置，对电机的运动情况和运行参数进行调整做全闭环控制。当测刀控制模块接收到第一信号以及第二信号时分别从电机驱动器中分别获取两个时刻的电机位置，即沿第一方向上电机的第一位置和第二位置。

例如，测刀控制模块控制X轴电机带动主轴沿X轴方向运动，将刀具逐步推向检测光束，当刀具触碰检测光束时，由于光束被遮挡，刀具检测器中的接收器感应到光束变弱，无法达到导通条件，因此输出信号由高电平跳变为低电平(即第一信号为低电平)，测刀控制模块记录下产生该电平跳变时刻的X轴电机位置，X轴电极继续将刀具推向X轴正方向，直至离开检测光束，接收器在刀具离开检测光束时，输出信号由高电平跳变为低电平(即第二信号为高电平)，测刀控制模块则再次记录下产生该电平跳变时刻的X轴电机位置。

需要说明的是，若第一方向为X轴方向，那么X轴光栅尺读取X轴电机的位置并实时发送给X轴电机驱动器，测刀控制模块获取X轴电机的第一位置和第二位置。若第一方向为Y轴方向，那么Y轴光栅尺读取Y轴电机的位置并实时发送给Y轴电机驱动器，测刀控制模块获取Y轴电机的第一位置和第二位置。

S150、测刀控制模块根据电机的第一位置以及电机的第二位置确定检测光束的中心坐标，并在所述检测光束的中心坐标和基准值的差值大于预设阈值时，发出警报提示。

若检测光束的中心坐标与基准值的差值大于预设阈值，说明机床台面涨缩过大，此时测刀控制模块发出警报提示，以提醒工作人员及时排查问题并采取相关措施，对机床温度进行调节，确保机床加工精度，减低报废率。

其中，基准值以及预设阈值可以根据实际加工要求进行设置。此外，测刀控制模块还可以对机床的涨缩数据(检测光束的中心坐标以及与基准值的差值)进行记录存储，可在后续发现不良产品时可以进行追溯，进行原因排查。

本发明实施例提供的机床台面涨缩检测方法，通过将刀具检测器设置在机床台面的一端，测刀控制模块分别记录刀具刚接触检测光束和离开检测光束时，电机的第一位置和第二位置，并根据电机的第一位置和第二位置计算出检测光束的中心坐标，并将该检测光束中心坐标与基准值比较，在两者差值超过预设阈值时发出警报提示，以提醒工作人员及时采取措施，减小机床台面的涨缩。本发明实施例实现了对机床台面的涨缩情况的直接检测，确保了机床的加工精度，降低废品率，提高了产品的质量。

可选的，在测刀控制模块根据电机的第一位置以及电机的第二位置确定检测光束的中心坐标之时，还包括：

测刀控制模块根据电机的第一位置以及电机的第二位置确定刀具的直径。

刀具的直径可以根据公式d＝|x₂-x₁|，其中d为刀具的直径；x₁为电机的第一位置；x₂为电机的第二位置。

本发明实施例可以将机床台面涨缩检测穿插在刀具直径的测量过程中，与测刀工序同步完成，不需要额外的工序，不影响机床加工效率。

可选的，测刀控制模块每隔预设周期执行控制主轴抓取刀具放入刀具检测器内的操作；其中，预设周期为更换刀具周期。

在机床(例如PCB钻孔机)工作过程中，每一只刀具都要进行直径的测量，而每一只刀具平均工作3～10分钟不等，就会因为刀具磨损无法正常使用，因此每经过一定时间段，需要进行一次换刀。本发明实施例在每次换刀进行刀具直径的检测时，同时对机床台面的涨缩情况进行一次检测，设置机床台面的涨缩检测周期与更换刀具周期相同，可以做到对机床台面的涨缩情况不间断检测，若发现机床台面涨缩过大，及时停止加工，进行相应处理，有效确保了加工精度。

可选的，在测刀控制模块控制电机带动主轴沿第一方向运动之时，还包括：

测刀控制模块通过主轴控制刀具在刀具检测器内旋转。

若机床的刀具上设置有螺纹，由于相邻的螺纹为凹陷部分，由于螺纹的存在，测刀控制模块获取的电机的位置不准确。因此，本发明采用旋转刀具的方式，即使刀具上设置有螺纹，由于刀具一直在旋转，旋转的刀具可以视为圆柱体的姿态，所以可以获得准确的刀具直径以及电机位置。

可选的，测刀控制模块根据电机的第一位置以及电机的第二位置确定检测光束的中心坐标包括：

测刀控制模块根据如下公式确定检测光束的中心坐标：

其中，S为检测光束的中心坐标；x₁为电机的第一位置；x₂为电机的第二位置。

当机床内部温度变化，导致机床台面发生涨缩时，机床台面的坐标原点发生一定的偏移，此时所测得的电机的第一位置和电机的第二位置，均有一部分偏移，因此计算出的检测光束中心坐标也会有一定偏移，因此可以通过计算检测光束中心坐标来获取床台面的涨缩变化。

根据本发明的同一构思，本发明实施例还提供了一种机床台面涨缩检测装置，图5为本发明实施例提供的机床台面涨缩检测装置的结构示意图，参见图5，该装置包括：

测刀控制模块7和刀具检测器6；测刀控制模块7与刀具检测器6相连。

刀具检测器6内部包括发射器和接收器(图5中未示出)；发射器用于发出检测光束，接收器用于接收检测光束。

测刀控制模块7用于控制机床的主轴抓取刀具放入刀具检测器内，测刀控制模块7还用于控制电机带动主轴沿第一方向运动；第一方向平行于机床台面所在平面。

接收器在刀具开始触碰检测光束时，向测刀控制模块7发出第一电信号，以指示测刀控制模块7获取沿第一方向上电机的第一位置；接收器在刀具离开检测光束时，向测刀控制模块7发出第二电信号，以指示测刀控制模块7获取沿第一方向上电机的第二位置。

当刀具开始触碰检测光束时，由于检测光束被遮挡，刀具检测器中的接收器感应到检测光束变弱，无法达到导通条件，因此输出信号由高电平跳变为低电平(即第一信号为低电平)，测刀控制模块记录下此时电机沿第一方向的位置，刀具继续沿第一方向运动，直至离开检测光束，接收器在刀具离开检测光束后输出信号由高电平跳变为低电平(即第二信号为高电平)，测刀控制模块则再次记录下当前电机沿第一方向的位置。

测刀控制模块7根据电机的第一位置以及电机的第二位置确定检测光束的中心坐标，并在检测光束的中心坐标和基准值的差值大于预设阈值时，发出警报提示。

本发明实施例提供的机床台面检测装置，通过在机床台面一端设置刀具检测器，采用测刀控制模块控制主轴抓取刀具放入刀具检测器中，控制电机带动主轴沿着第一方向移动，以此获得检测光束的中心点坐标，并与基准值比较，若两者差值过大则发出警报提示，提醒工作人员当前机床台面涨缩过大，需要及时采取措施，确保加工精度，避免不合格产品的产生，提高产品的合格率。

可选的，测刀控制模块7还用于根据电机的第一位置以及电机的第二位置确定刀具的直径。

可选的，测刀控制模块7每隔预设周期执行控制主轴抓取刀具放入刀具检测器内的操作；其中，预设周期为更换刀具周期。

本发明实施例设置机床台面的涨缩检测周期与更换刀具周期相同，可以在每次换刀进行刀具直径的检测时，同时对机床台面的涨缩情况进行一次检测，做到对机床台面的涨缩情况不间断检测，若发现机床台面涨缩过大，及时停止加工，进行相应处理，有效确保了加工精度。

可选的，测刀控制模块7在控制电机带动主轴沿第一方向运动时，还可以通过主轴控制刀具在刀具检测器内旋转。这样设置可以避免由于刀具上设置有螺纹引起刀具直径以及电机位置测量不准确的情况。

可选的，测刀控制模块7可以根据如下公式确定检测光束的中心坐标：

由于机床台面沿X轴方向的涨缩变化较大，可选的，第一方向为机床台面的X轴方向。参见图5，刀具检测器6包括刀具设置孔60；发射器(图5中虚线框72所在位置处)和接收器(图5中虚线框71所在位置处)位于刀具设置孔60相对的两侧。发射器和接收器的连线平行于发射器的检测光束发射方向；发射器的检测光束发射方向垂直于机床台面的X轴方向。刀具检测器6可以放置在机床台面远离机床X轴电机的一端，即位于机床台面的前端，机床台面的后端为加工台面。

可选的，机床上设置有光栅尺，光栅尺用于读取电机的位置并实时发送给电机驱动器，电机驱动器根据光栅尺发送的电机位置，对电机的运动情况和运行参数进行调整。当测刀控制模块在接收器发出第一电信号和第二电信号时，从电机驱动器中分别获取这两个时刻的电机位置，即沿第一方向上电机的第一位置和第二位置。测刀控制模块可以通过电机驱动器与刀具检测器连接，从而实现信号的传输。参见图5，测刀控制模块7和刀具检测器6通过检测电平输入端9电连接，电机驱动器8与测刀控制模块7连接，刀具检测器6的接收器将产生的第一电平信号以及第二电平信号发送至测刀控制模块7，以指示测刀控制模块7通过通信数据传输通道10向电机驱动器8发出获取当前时刻光栅尺读数的指令。电机驱动器8在接收到测刀控制模块7的上述指令后，通过数据传输通道12将光栅尺的读数发送给测刀控制模块7。需要说明的是，光栅尺将测得的数据通过光栅尺读数接收端口11发送至电机驱动器8，电机驱动器8通过电机供电输出端口13向电机供电。需要说明的是，若选取第一方向为X轴方向，那么上述电机驱动器8为X轴电机驱动器，上述电机为X轴电机。

本发明实施例提供的机床台面涨缩检测装置，可以适用于任何机床的台面涨缩检测，例如PCB板钻孔机，也可以适用于机械制造中加工机械零件的其他类型的机床，例如铣床、刨床插床等。

本发明实施例还提供了一种PCB钻孔机，该PCB钻孔机包括上述实施例中的机床台面涨缩检测装置。需要说明的是，本发明实施例提供的PCB钻孔机还可以包括其他用于支持PCB钻孔机正常工作的零部件，例如X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、主轴和光栅尺等。

本发明实施例由于采用了上述各实施例所述的机床台面涨缩检测装置，因此同样可以实现对机床台面涨缩情况的直接检测，在机床台面涨缩超过一定阈值时提醒工作人员，及时采取措施，确保产品的加工精度，避免不合格产品的产生。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种机床台面涨缩检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的机床台面涨缩检测方法，其特征在于，在所述测刀控制模块根据所述电机的第一位置以及所述电机的第二位置确定所述检测光束的中心坐标之时，还包括：

3.根据权利要求1所述的机床台面涨缩检测方法，其特征在于，在所述测刀控制模块控制电机带动所述主轴沿第一方向运动之时，还包括：

4.根据权利要求1所述的机床台面涨缩检测方法，其特征在于，所述第一方向为所述机床台面的X轴方向。

5.一种机床台面涨缩检测装置，其特征在于，包括：

测刀控制模块和刀具检测器；

6.根据权利要求5所述的机床台面涨缩检测装置，其特征在于，

所述测刀控制模块还用于根据所述驱动机构的第一位置以及所述驱动机构的第二位置确定所述刀具的直径。

7.根据权利要求5所述的机床台面涨缩检测装置，其特征在于，所述第一方向为所述机床台面的X轴方向。

8.根据权利要求7所述的机床台面涨缩检测装置，其特征在于，所述刀具检测器包括刀具设置孔；所述发射器和所述接收器位于所述刀具设置孔相对的两侧；所述发射器和所述接收器的连线平行于所述发射器的检测光束发射方向；所述发射器的检测光束发射方向垂直于所述X轴方向。

9.一种PCB钻孔机，其特征在于，包括权利要求5-8任一所述的机床台面涨缩检测装置。