[发明专利]一种基于光电码盘扭矩检测的智能仿人攻丝卡头

权利要求书

1.一种基于光电码盘扭矩检测的仿人攻丝卡头，其特征在于，包括锥端法兰(1)，锥端法兰(1)下方通过螺栓固定有步进电机(3)，步进电机(3)的输出轴连接有扭矩传感模块，扭矩传感模块的下方设置有弹簧(9)，扭矩传感模块的下方设置有丝锥夹头转换套(11)，丝锥夹头转换套(11)内部安装有丝锥夹头(10)，扭矩传感模块通过导线连接有控制箱(2)。

2.根据权利要求1所述的一种基于光电码盘扭矩检测的仿人攻丝卡头，其特征在于，所述扭矩传感模块包括传感器箱(4)，传感器箱(4)的外侧设置有传感器座(6)，传感器座(6)的上部和下部分别装有沟球轴承a(15)和深沟球轴承b(12)，深沟球轴承(15)上设置有弾性轴(16)的一端，弾性轴(16)的另一端连接有丝锥夹头转换套(11)，丝锥夹头转换套(11)一端连接有丝锥转接杆套，另一端连接有丝锥夹头(10)相连接，弹性轴(16)上通过螺钉安装有下码盘(13)和上码盘(14)，下码盘(13)和上码盘(14)外侧设置有光电传感器(7)，光电传感器(7)与控制箱(2)相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于光电码盘扭矩检测的仿人攻丝卡头，其特征在于，所述传感器座(6)的外侧设置有航空插座(5)，所述光电传感器(7)通过航空插座(5)与控制箱(2)连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于光电码盘扭矩检测的仿人攻丝卡头，其特征在于，所述传感器箱(4)下方设置有端盖(8)。

5.一种基于光电码盘扭矩检测的仿人攻丝方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种基于光电码盘扭矩检测的仿人攻丝卡头进行攻丝，具体的步骤为：

A、通过控制箱(2)选择丝锥型号，设置攻丝深度、丝锥螺距。控制箱(2)将攻丝深度和丝锥螺距结合转化成为攻丝圈数x其中，攻丝圈数x*丝锥螺距＝攻丝深度；

B、通过控制箱(2)启动步进电机(3)；步进电机(3)启动后，会带动丝锥正转开始攻丝。

C、攻丝时，通过扭矩测量模块检测占空比，并将检测到的占空比数据实时传输给控制箱；

D、控制箱2判断步进电机(3)是否正转，若步进电机正转，则表示正常攻丝；若步进电机(3)反转，则表示装置处于退丝状态；

E、控制箱(2)将扭矩测量模块传输出来的占空比转化为扭矩，同时和控制箱(2)固定扭矩进行比较，如果没有出现控制箱中所示的特殊状态，则继续正转攻丝并且记录攻丝圈数x₁；如果出现控制箱中所示的特殊状态，则步进电机反转退丝，进入到退丝环节。

F、控制箱(2)判断是否完成退丝，如果在控制箱预设参数范围内，则继续反转退丝，同时记录反转圈数x₂；如果超出预设参数范围外，则控制箱控制步进电机(3)正转，继续攻丝；

G、若丝锥的净正转圈数x₁-x₂等于预设的攻丝圈数x，则证明攻丝完成，丝锥反转退出螺纹孔；如果不等于，则证明攻丝还没有完成，继续正转攻丝，直至攻丝完成。

控制箱中设有每个直径大小螺纹的攻丝扭矩范围，根据攻丝扭矩判断是哪一种直径的螺纹。然后对扭矩进行判断，如果没有超出范围，继续攻丝，如果超出范围，则反转退丝。

6.根据权利要求5所述的一种基于光电码盘扭矩检测的仿人攻丝方法，其特征在于，所述步骤E中将占空比处理为扭矩的方法为：

弹性轴扭转变形造成两码盘周向位置差，反应为光电传感器信号占空比变化量，可通过运算来获取。

假设码盘齿槽数为N，则弹性轴旋转一周输出的方波信号个数也为N，因此，每个周期的方波信号对应的转角θ_T为：

占空比k用来表示两码盘的周向位置，可通过齿遮挡脉冲和槽通过脉冲来表示：

当弾性轴未受到扭矩作用时，即T＝0，其初始占空比k₀为：

为了增加检测频率，提高检测精度，采取交错测量的方式，即方波信号与相位相错180°的方波信号交错进行占空比计算，比如将第一个码盘齿与码盘槽记作周期T1，则在周期T1内计算得占空比K1，第一码盘槽和第二码盘齿记作周期T2，则在周期T2内计算得第二个占空比K2，以此类推，第i个周期内空间占比k_i为：

式中i为齿数；a为齿遮挡脉冲数，b为槽通过脉冲数；占空比变化量Δt为：

Δt＝t_i-t₀

式中t为受扭矩前后的周期长度差；

由此可获得任意时刻弹性环节的扭转变形角Δθ_i为：

根据弹性轴扭转变形角，可知传动系统的扭矩M_n为：