CNC工具機自動刀具換刀檢測編碼器的製作方法

2023-04-27 15:27:21 3

本發明是一種自動刀具換刀檢測編碼器,是指可直接安裝在主軸或特定軸末端的電子式CNC工具機自動刀具換刀檢測編碼器。

背景技術：

數值控制型工作工具機，為了縮短非切削時間並提高生產率，大多數都具備自動更換刀具的裝置：ATC（Automatic tool changer）用以提高工作工具機加工能力並減少佔用空間，ACT是由轉動軸帶動機械臂爪配合機構運動如插刀、夾刀、轉位等動作。

參考圖1所示，為CNC工具機自動刀具換刀檢測機構。傳統控制用凸輪箱11連成各運動機構進行時序控制，該凸輪箱11內設有不同圓周缺口121的數個圓輪12，配合各自臨近的開關13，依圓輪12主軸轉動至各個角度時，由臨近的開關13檢測圓輪12圓周變化而送出電子信號給主控中心，然後控制各機構啟動或停止。

以圓輪12配合臨近開關13控制各機構的方式，是純機械方式，常因鏈條鬆弛、圓輪12位移、臨近開關13檢測距失焦等因素，而導致機構控制未能精準控制，例如啟動或停止延遲或失效等，而且安裝、校正、維修或者從新安裝時，調整各凸輪的角度非常困難，通常須由經驗豐富的技工方能完成。

綜上所述，如何解決上述問題，即為本專利的發明人從事此行業面臨的挑戰之一。

所以，本專利的發明人搜集相關資料，經過多方面評估考量，根據多年經驗，經過不斷嘗試以及修改，才完成此專利的設計。

技術實現要素：

本專利的主要目標是提供一種無人員目視調整誤差，在定位精度上更加準確的CNC工具機自動換刀檢測編碼器。

為了達到上述目的，製作一種CNC工具機自動刀具換刀檢測編碼器，包括：一個發光元件、一個光罩、一個光柵輪以及一個光接收處理裝置。該發光元件發出一光線，該光罩罩於該發光元件之上，該光罩開設有供該光線穿過至少一個孔洞，該光柵輪可進行旋轉且開設有呈環狀排列的複數信號孔，該信號孔供光線穿過且對應於工具機換刀機構所需檢測信號；以及該光接收處理裝置接收該光線並裝換處理為能控制工具機換刀機構的控制信號。

進一步說明，該發光元件為一發光二極體。

進一步說明，該呈環狀排列的複數信號孔包括有七個軌道。

進一步說明，該光接收處理裝置包括有一光電晶管接收該光線。

進一步說明，該發光元件、該光罩、該光柵以及該光接收處理裝置都安裝於一個底座上。

綜上所述，本專利獎原先必須以多組信號角度直接刻畫與光柵輪上，利用一組發光元件以及光電晶管（或光二極體）配合光罩以及光柵輪將此開孔機械角度裝換為電子控制信號，在經過信號處理器以及信號放大器，將所需剎車、扣刀、插刀及原點信號燈機械角度位置一次處理完成，做成單一機械組件方便現場完成。

原先舊式換刀檢測必需利用三至四組臨近開關及機械轉輪所相互配合，經過人員目視調整機械組件，定位精度無法有效控制。本專利CNC工具機自動刀具換刀檢測編碼器，其製造方式是一次直接在一個光柵輪上刻畫成型，內含360°角度信號及零點信號位置輸出，配合數位角度顯示可做到360°對位及校正，無人員目視調整誤差，在定位精度上更精確。

附圖說明

圖1 為CNC工具機自動刀具換刀檢測機構的立體圖。

圖2 為CNC工具機自動刀具換刀檢測機構的立體分解圖。

圖3 為檢測編碼器的局部示意圖。

圖4 為光柵盤示意圖。

具體實施方式

為了達成上述目的，本專利所採用的技術手段及機構，現將實施方式詳細說明如下：

請參考圖2和圖3，分別為實施方式的立體分解圖和局部示意圖，由圖中可清楚的看出，CNC工具機自動刀具換到檢測編碼器2，為一種可直接安裝在主軸或特定轉軸尾端的電子式CNC工具機自動刀具換刀檢測編碼器2，包括：一個發光元件21、一個光罩22、一個光柵輪23以及一個光接收處理裝置24。

該發光元件21發出一束光線，在本實施方案中，該發光元件21為一個發光二極體。

該光罩22罩於該發光元件21之上，該光罩22設有供該光線穿過至少一次的孔洞221，可避免光線散發，作為信號校對用途。

該光柵輪23可進行旋轉且設有呈環狀排列的複數信號孔231，該信號孔231是供該光線穿過且對應於工具機換刀機構所需檢測信號，檢測信號包括剎車信號、原點信號、減速信號、扣刀/插刀信號及360度位置檢測信號。其中，剎車信號、原點信號、減速信號、扣刀、插刀信號，為工具機換刀機構中，刀具換刀轉動機構所必需的控制信號。而所刻畫360°位置檢測信號，與數位角度顯示配合使用可檢驗各控制信號校對位置角度是否正確及調教機構校正零點所用。

該光接收處理裝置24接收該光線並轉換處理為能控制工具機換刀機構的控制信號，該光接受處理裝置24包括一個光電晶體241接受該光線，以及電路板（圖中未示）轉換處理為該控制信號。該電路板包括信號處理器及信號放大器，將光信號轉換處理為能控制工具機換刀機構的控制信號。

在本實施方案中，該發光元件21、光罩22、光柵輪23以及光接受處理裝置24固定在底座25上，且底座25與上蓋26組合。並且底座25由一軸心27貫穿，該軸心27為主軸或特定轉軸末端，並連結光柵輪23以帶動光柵輪23進行旋轉。

參考圖4所示，由圖中能夠看出，該呈環狀排列的複數信號孔231包括了7個軌道。而7個軌道包括：

第一層信號檢測區域，在圖中為第一軌道2311：提供給CNC刀具換刀機構中的電機位置控制器，在轉動過程中所需要的原點、扣刀及插刀等剎車停止信號。

第二層信號檢測區域，在圖中為第二軌道2312：提供給CNC刀具換刀機構中的電機位置控制器，扣刀及插刀位置確認信號。

第三層信號檢測區域，在圖中為第三軌道2313：提供給CNC刀具換刀機構中的電機位置控制器，機構原點位置確認信號。

第四層信號檢測區域，在圖中為第四軌道2314：提供給CNC刀具換刀機構中的電機位置控制器，360°信號角度檢測信號，配合數位角度顯示器可顯示0—360°任意角度，方便現場人員做位置調校及檢驗各種控制信號、校對位置角度是否正確。

第五層信號檢測區域，在圖中為第五軌道2315：提供給CNC刀具換刀機構中的電機位置控制器，在轉動過程中所需扣刀及插刀等提前剎車動作信號。

第六層信號檢測區域，在圖中為第六軌道2316：提供給CNC刀具換刀機構中的電機位置控制器，機構零點位置信號，配合LED或數位角度顯示器作為機構歸零點顯示，方便現場人員做機構歸零位置調校。

第七層信號檢測區域，在圖中為第七軌道2317：提供給CNC刀具換刀機構確認電機轉動過程位置，檢測確認信號。並配合數位計時顯示器，可計算出電機轉動過程所需時間。

綜上所述，根據本專利所使用的結構及設計，給出情況說明如下：當軸心27轉動時，進一步帶動該光柵輪23進行轉動，光源通過該信號校對光罩22（MASK）及光柵輪23（DISK）後，光接受處理裝置24的PC板上，光電晶體241會即時將光電信號轉換為相對光柵輪23（DISK）上信號孔231角度信號，進一步控制工具機換刀機構。

因此，請參看全部附圖所示，本專利在使用時，與慣用技術相比較，存在以下優點：本專利無人員目視可調整誤差，且在定位精度上更加精確。