刀库及自动换刀装置综合性能检测系统

摘要

本发明刀库及自动换刀装置综合性能检测系统采用三轴加速度传感器、无线振动传感器、工业相机、PSD相机及声压传感器作为大型刀库及其自动换刀装置综合性能的检测元件。以IEPE模拟量采集卡、无线网关、图像采集卡及模拟电压采集卡作为数据采集或信号传输设备，对大型刀库及自动换刀装置的刀库振动、机械手臂振动、刀库定位误差、机械手换刀运动精度及整机工作噪音五个方面的性能进行检测，并将采集到的信号发送到工控机。以LabVIEW为工具设计了专门进行数据分析计算的处理软件，对所获取的实验数据进行分析运算保存。本发明具有移植性强、测量范围广、测量精度较高、对操作者的专业技术水平要求不高等优点，具有强大的实际应用价值。

主权项

一种刀库及自动换刀装置综合性能检测系统，其特征是，采用三轴加速度传感器、无线振动传感器、工业相机、PSD相机及声压传感器作为大型刀库及其自动换刀装置综合性能的检测元件；以IEPE模拟量采集卡、无线网关、图像采集卡及模拟电压采集卡作为数据采集或信号传输设备，对大型刀库及其自动换刀装置的刀库振动、机械手臂振动、刀库定位误差、机械手换刀运动精度及刀库工作噪音五个方面的性能进行检测；并将采集到的电信号转换成数字量发送到工控机，同时，对所获取的实验数据进行分析运算，作出刀库和自动换刀装置的性能参数曲线或数据表格，并将分析结果以实验报告和文本文件形式输出或保存到硬盘，便于后续的数据回放和对比分析；具体测试步骤如下：（1）系统设备组成：将被测试的刀库及自动换刀装置安装在配备有动力源的试验台底座（23）上，在刀库的动力链轮（8）的外壳上安装三轴加速度传感器（9），三轴加速度传感器（9）的输出电缆依次连接到放在试验台底座（23）上的压电激励源（21）的前三个输入通道上，压电激励源（21）的相应的输出通道与数据采集模块（5）上的IEPE加速度采集卡的0、1、2通道连接；双臂式换刀机械手（12）的抓刀口与旋转轴之间对称安装两个测试光源（13），作为换刀运动轨迹测量的目标点，在自动换刀装置箱体（11）的凸轮外壳底部放置两个磁性表座，将两个PSD相机（16）对应安装在磁性表座上，PSD相机（16）输出的模拟电压信号通过PSD信号处理器（22）被数据采集模块（5）上的模拟电压采集卡接受；在试验台底座（23）上安置相机三脚架（18），通过相机三脚架（18）将工业相机（17）的镜头光轴与刀库（14）的导刀槽（10）、储刀套（6）和刀套传动链（7）的中心在高度一致，工业相机（7）通过网线与工控机（4）PCI插槽上的图像采集卡连接；包含有IEPE加速度采集卡、模拟电压采集卡和数字量输入输出采集卡的数据采集模块（5）通过USB接口连接工控机（4），数据采集模块（5）上的数字量输入输出采集卡用于控制换刀机械手（12）上的测试光源的状态，并采集刀库（14）和自动换刀装置上安装的接近开关的状态信号；无线振动传感器（15）通过磁盘吸附在换刀机械手（12）内侧，其接收端无线网关（3）连接在工控机（4）上；刀库噪声采集靠安装在传感器支架（20）上的声压传感器（19）完成，其输出端与压电激励源（21）的第四个输入通道连接；压电激励源（21）为所连接的IEPE传感器提供激励源并放大输出功率，其输入、输出端皆为四通道，与数据采集模块（5）中IEPE加速度采集卡的0、1、2、3通道相对应；用户控制操作部分由安置在实验桌（1）上的工控机输入显示设备（2）和工控机（4）组成；（2）检测系统设计刀库及其自动换刀装置综合性能检测系统包括控制界面和程序图；控制界面包括测试刀库型号及采集参数的数据设置区、程序控制区和显示区，显示区显示机械手的运动精度分解图及振动曲线，刀库定位特征提取图像，刀库振动及噪声曲线；机械手的运动精度是通过采集PSD信号处理器（22）输出的模拟电压信号，利用双目视觉方法编写的Matlab算法计算出测试光源中心的三维运动散点群，分解出平移和旋转运动曲线；刀库定位特征图像的提取要先配置相机的拍摄参数并分配内存，然后进行相机标定，最后对储刀套（6）和导刀槽（10）进行特征特取，计算定位精度；刀库振动特性和声压等级测量是首先设置采集参数并分配内存，然后启动连续采集，并进行批量回调数据，滤波后进行频谱分析和声压等级计算，最后做出特性曲线；机械手振动特性测量是采用无线网关（3）进行数据传输，在数据采集部分采用LabVIEW调用传感器自带的动态链接库函数，其余部分与三轴加速度采集方法相同；检测时，启动刀库（14）和自动换刀装置的动力电源加载检测系统，预热15分钟后，将压电激励源（21）、PSD信号处理器（22）数据采集模块（5）、工控机（4）、工业相机（17）及无线振动传感器（15）的电源开启，待工控机（4）检测到数据采集模块（5）、图像采集卡及无线网关（3）硬件设备后，启动检测系统进行检测。