[发明专利]线切割电极丝直径在线自动检测和补偿系统

说明书

技术领域

本发明属于对线切割电极丝直径的高精度测量。

背景技术

线切割机床对零件的加工精度(主要指加工的形状精度和位置精度)不仅与机床固有的结构设计精度有关，而且还与切割直径精度保持性有一定的关系。线切割在模具中的精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角、冒孔和深度切削等加工领域应用广泛。电极丝在使用的过程中的自身损耗会使得模具加工的精度受到较大的影响，因此很有必要及时测出电极丝直径，对线切割中由于电极丝损耗进行补偿。目前对电极丝直径的测量主要有非接触式和接触式两种方法，非接触式测量主要利用CCD技术。如图1是用CCD技术测量直径的原理图。平行光源11照射到不透明的工件12，工件12直径尺寸通过成像透镜13以确定的倍率投射到线阵CCD光敏阵列14上，连接到线阵光敏阵列14上的图像采集卡把图像信号转换成数字信号再送入计算机15进行处理。

接触式测量主要是依靠人工测量方法，直接用测量仪器测量出电极丝直径的大小，再将测得数据与电极丝最初直径进行比较，得到要补偿的量，并人工输入此补偿量进行补偿切割。

利用CCD技术能很好的弥补了人工检测的不足，实现了对小直径工件的无接触高精度的测量。但这种技术存在一些缺点：线切割加工环境恶劣，电极丝上油污、冷却液及加工残余微粒等杂质，这些杂质在成像后不易区分，使测量精度受到很大影响。其次，由于在加工过程中电极丝振动是不可避免的，从而会导致其像在CCD上的抖动；另外电极丝抖动的方向、幅度、频率时刻处于变化之中，使得目标的放大率不同和成像尺寸受到影响。再次，像的边缘的检测比较烦琐。若采用亚像元边缘检测技术可以使像边缘检测的定位分辨率提高到十分之一个像元，但需要进行大量计算。

然而人工测量方法实时性不好，费财耗力，实施起来也不方便，难以保证测量的精度。

利用CCD技术或人工测量方法等其他的检测方法，要补偿由于电极丝直径损耗带来的误差量时，只能通过手动输入的方式进行补偿，都不能实现自动补偿。

现有的线切割数控系统中，要想实现补偿切割，都只能通过手动方式输入，不能实现自动输入补偿切割。若修改控制系统软件为补偿提供接口，这样可以很好的解决补偿问题，但是厂家不会轻易根据用户需求改变控制系统软件，而且成本较高，调试比较复杂；若通过现有的人机界面来实现补偿参数的输入，现有的数控系统都提供一个可以修改钼丝直径的对话窗口，需要人工进行输入，这不利于整个系统的自动化。

发明内容

在线切割工艺中，由于电极丝直径损耗而使得被切割工件精度受到影响，本发明的目的是提供一种线切割电极丝直径在线自动检测和补偿系统，根据现场切割的实时数据，综合时间和运动等多种关联数据，运用自动控制程序，进行系统科学的运算和逻辑处理，自动检测和补偿由于电极丝直径损耗带来的误差量。

本发明的技术方案如下：

本线切割电极丝直径在线自动检测和补偿系统主要包括数据采集装置、运动控制及执行装置、误差量模拟输入装置和线切割数控系统。运动控制及执行装置将数据采集装置送入测试点进行多次测量(一般为8～10次)得到平均值，再将此平均值与电极丝最初直径进行比较得到补偿量，然后将此补偿量通过误差量模拟输入装置中的键盘数据转换电路转变成键盘信号反馈给线切割数控系统，系统接收到此键盘信号后重新控制线切割机床进行补偿切割。

所述数据采集装置包括数显千分尺、数据处理电路和数据发送电路；

所述数显千分尺用来测量电极丝直径，其数据接口输出为三根线，分别为数据信号线data、时钟信号线clk和地线；

所述数据处理电路采用三极管放大器2N5401和反向器74HC04以及89C2051单片机，数显千分尺串口输出的两路信号即数据信号data和时钟信号clk，接入数据处理电路，经过放大器2N5401和反向器74HC04放大整形处理后分别送入单片机89C2051的I/O口和外中断口，单片机89C2051根据外中断口的时钟信号采集I/O口的数据；

所述数据发送电路采用收发器MAX232和DB9插座，单片机89C2051把处理后的数据通过发送电路送至线切割数控系统；