专利名称：光感测自动磨削探位系统及方法
技术领域：
本发明涉及钢轨焊接后自动磨削技术，尤其涉及自动磨削中的探位系统和方法。
技术背景
无缝钢轨焊接后需要对焊接部位进行打磨，以使钢轨表面较为平滑。实际操作中， 一般是通过加工机床来进行自动磨削。图1简单示意了加工机床钢轨之间的相对位置。如 图所示，砂轮100活动设置在加工机床的砂轮承载件10(比如机床横梁)上。加工机床起动 之后，在控制器(比如PLC控制器)的控制作用下，主轴电机带动砂轮100高速旋转，而伺 服电机在控制器的作用下驱动动主轴的进给，从而使砂轮靠近、接触钢轨，进而打磨钢轨。为了让焊接处磨削之后的平面与钢轨的平面在同一水平线，磨削之前，首先要进 行磨削探位，或者说确定砂轮和钢轨之间的位置关系。以下结合图1简单说明如何确定砂轮和钢轨之间的位置关系。高速旋转的砂轮 100在主轴的进给操作之下，接触到钢轨，完成了第一次探位，产生了第一位置200，然后砂 轮100在主轴进给操作的控制之下，离开钢轨；接着，砂轮100随砂轮承载部件10沿与钢轨 大致平行的方向移动，并在移动了预先设定的距离之后，进行第二次探位，以产生第二位置 102 ；最后调整砂轮承载部件10的位置，使其平行于由第一位置101和第二位置102之间形 成的直线，由此完成了砂轮100的对刀操作，确定了砂轮和钢轨之间的位置关系。例如前述加工机床的探位，常规磨削操作中，可以采用主轴探位，即机床加工主轴 电机扭矩反馈对刀以及加工机具接触到待磨削工件(如焊接后待磨削的无缝钢轨)时，主 轴电机的扭力发生变化，加工机床的控制器采集该扭矩的变化，进而控制主轴进给，由此来 确定第一位置101和第二位置102，完成砂轮接触到待磨削工件时的探位。但由于钢轨焊接之后需磨削的部分(如图1中的焊接处120)硬度较高，要求驱动 砂轮旋转的主轴电机功率较大，一般要5. 5KW以上，而砂轮在接触到钢轨时的扭矩又很小， 亦即对刀的扭矩很小(小火花)，所以大功率电机很容易分辨不出小扭矩。所以，磨削钢轨 无法采用主轴探位。对于钢轨的磨削，目前普遍多采用声控传感器来进行控制。声控传感器采集高速 旋转的砂轮接触钢轨时发出的声音，根据该声音确定砂轮与钢轨的接触，由此产生第一位 置和第二位置，完成对刀。由于加工现场常有钢轨粗磨削和焊接后风冷却的声音，导致声控 传感器极易受到粗磨削声音或风冷却声音的干扰，致使探位无法进行或产生误差。所以有 必要对当前的磨削探位进行改进，使磨削在准确探位的同时，可有效避免其它外界干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明提供光控感测自动磨削探位系统，该系统包括砂轮；连接到砂轮 并控制砂轮的操作的砂轮控制模块；光信号感测模块，其在砂轮与待磨削部件接触产生火 花时，采集光信号，并处理采集的光信号，以及将经过初步处理的光信号传送到控制器；以 及控制器，其在接收到经处理的光信号后，输出断开信号并将该断开信号发送给砂轮控制模块。优选地，光信号感测模块可以包括光纤和放大器，所述光纤采集所产生的火花的 光信号，所述放大器将所采集的光信号转换为电信号并将其放大，所述放大器进一步将该 电信号传送到所述控制器。优选地，该放大器为光敏器件。优选地，所述光信号感测模块还可以包括设置在光线端部的玻璃器件。优选地，所述玻璃器件可以为直径略大于所述光纤直径的圆形玻璃或透镜。在所 述玻璃器件的角落位置可以设置有若干穿孔。本发明提供光感测自动磨削探位的方法，该方法包括由光信号感测模块在砂轮与 待磨削部件接触产生火花时，采集光信号；将采集的光信号转换为电信号；将该电信号传 递给控制器； 控制器根据所接收的电信号，发送断开信号给砂轮控制模块；以及砂轮控制 模块根据该信号，使砂轮推理待磨削部件。优选地，光信号感测模块可以通过光纤采集光信号。将所采集的光信号转换为电 信号且在该电信号转送给控制器之前，放大该电信号。执行本发明所述的光感测进行自动磨削探位的系统或方法，可稳定、准确可靠地 进行探位。
图1是加工机床钢轨之间的相对位置的简单示意图；图2是根据本发明所述的光控感测自动磨削探位系统的结构示意图；以及图3是本发明所述通过光感测进行自动磨削探位的方法的流程图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方 式，进一步详细说明本发明。需要说明的是，附图中的各结构只是示意性说明，用以使本领域普通技术人员了 解到本发明所述自动磨削探位系统的结构，并不表明实际应用中自动磨削探位系统的结构 必需如图示的完全一致。实际上，自动磨削探位系统的实际构造和图示的相比，要复杂很多，但由于该系统 的其它部件与本发明的改进之处并无直接关系，所以有些未在图中示意，或虽示意在图中， 但并不做详细描述或者不描述。此外，虽然以下实施方式是以光控感测自动磨削探位系统 对钢轨进行磨削来进行说明，但并不以此为限制，本发明所述光控感测自动磨削探位系统 也可以用于对其它部件进行磨削。图2是根据本发明所述的光控感测自动磨削探位系统的结构示意图。如图所示， 自动磨削探位系统2包括控制器20，砂轮21，砂轮控制模块22，和光信号感测模块23。砂 轮控制模块22 —般包括主轴旋转驱动单元220、主轴电机221、主轴进给驱动单元222、伺 服电机223和编码器224。在本实施方式中，该控制器20为可编程控制器PLC，但实际应用 中，该控制器也可以为其它形式的控制部件，比如DSP等。控制器20通过主轴旋转驱动单 元220连接主轴电机221及砂轮21，进而通过主轴旋转驱动单元来控制主轴电机221的运 作，而主轴电机221则带动砂轮21高速旋转。控制器20还控制主轴进给驱动单元222运行，进而伺服驱动器驱动伺服电机223运行。在过程中，伺服电机223运行与编码器224通 信，以便将伺服电机运行脉冲馈送给控制器20，由此完成定位控制。砂轮控制模块22对砂 轮21磨削的控制并非本发明的重点所在，在此就不多做赘述。
光感测模块23包括光纤231和放大器230。光纤231用于在砂轮21与钢轨待磨削 部位接触产生火花时，采集光信号，其中该待磨削部位是钢轨的焊接处，而在实际应用中， 光纤231可以设置靠近砂轮21处，例如设置在砂轮21与主轴电机的连接部件上，比如砂轮 21的承载件上。放大器将采集的光信号转换为电信号并对其进行放大；放大器230则连接 在光纤231，该放大器为光敏器件，比如光敏三级管、光敏二级管、光敏电阻等。随后，该电 信号被传送到控制器22，而控制器22在接收到该电信号后，即输出用于禁止主轴进给驱 动单元222给伺服电机223发送脉冲的断开信号，使得伺服电机223停止进给并且快速反 转，从而让砂轮21脱离钢轨，完成探位；其中该快速反转可以是比如30ms即反向运行。优 选地，在光纤感测端的端部还设置了玻璃器件，用于阻止灰尘污染光纤。一般而言，该玻璃 器件为直径略为大于光纤直径的圆形玻璃或透镜。可选地，可以靠近该玻璃器件的角落处， 设置穿孔，以便通过空气来清洁光纤表面；例如，可以在玻璃器件的四个角落各设置一个穿 孔，或者在一个或两个或三个角落分别设置一个或一个以上的穿孔。图3是本发明所述光感测自动磨削探位方法的流程图。以下通过将本发明所述方 法应用在图2所示的系统，来举例说明本发明所述的光感测自动磨削探位方法。如图，在步 骤300，自动磨削探位开始；实际应用中，自动磨削探位的开始也可以理解为磨削过程的开 始。在步骤301，砂轮控制模块22控制砂轮21接触钢轨；具体而言，控制器20控制主轴旋 转驱动单元220运行，驱动单元220驱动主轴电机221运行；控制器20控制主轴进给驱动 单元(即伺服驱动器)222运行，进而伺服驱动器驱动伺服电机223运行；在伺服电机运行 过程中，其与伺服编码器通信，以反馈伺服电机的运行脉冲；在伺服电机向下运行时，高速 旋转的主轴电机221的连接轴(图2中未示意)上所带的砂轮21即不断接触钢轨。在步 骤302，光信号感测模块23在砂轮与钢轨接触产生火花时，采集光信号，在本示例中，由光 纤231来采集光纤号。在步骤303，将所采集的光信号转换为电信号并放大，放大的电信号 被传送到控制器20，在本例中，光信号到电信号的转换与放大可以通过放大器230来进行， 而放大器230可以是例如光敏三极管、光敏二级管及光敏电阻等光敏器件；在步骤304，控 制器20根据所接收的电信号，输出用于禁止主轴进给驱动单元222给伺服电机223发送脉 冲的断开信号，使得伺服电机223停止进给并且快速反转，从而让砂轮21脱离钢轨，完成探 位；其中该快速反转可以是比如30ms即反向运行，该断开信号可以为高电平有效的脉冲 信号。根据本发明所述的光感测进行自动磨削探位的系统或方法，采用光纤，碎削火花 所产生的微弱的光信号(约IOLm)既可以被传输，且抗干扰能力超强，而其光纤感测火花的 时间约1ms，且传导率可达到99. 99%。综上，本发明所述的光感测进行自动磨削探位基于对碎削火花所产生的微弱的光 信号的感测来进行探位，感测过程不受现场噪音的影响，加之光感测动作响应较快，从而使 得本发明所述的光感测进行自动磨削探位的系统或方法具有探位稳定、准确、可靠的优点。最后应当说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本发明的技术方案而非对其进 行限制。尽管参照上述具体实施方式
对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或对部分技术特征进行等同替换， 而在不脱离本发明的技术方案的精神下，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案 范围当 中。
权利要求
一种光探测自动磨削探位系统，其包括砂轮；砂轮控制模块，连接到砂轮，并控制砂轮的操作；光信号感测模块，在砂轮与待磨削部件接触产生火花时，采集光信号，并处理采集的光信号，以及将经过初步处理的光信号传送到控制器；以及控制器，在接收到经处理的光信号后，输出断开信号并将该断开信号发送给砂轮控制模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其中光信号感测模块包括光纤和放大器，所述光纤采 集所产生的火花的光信号，所述放大器将所采集的光信号转换为电信号并将其放大，所述 放大器进一步将该电信号传送到所述控制器。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述放大器为光敏器件。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述光信号感测模块还包括设置在光线端部的玻 璃器件ο
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述玻璃器件为直径略大于所述光纤直径的圆形 玻璃或透镜。
6.根据权利要求4所述的系统，其中在所述玻璃器件的角落位置设置有若干穿孔。
7.—种光感测自动磨削探位方法，所述方法包括由光信号感测模块在砂轮与待磨削部件接触产生火花时，采集光信号；将所采集的光信号转换为电信号；将该电信号传递给控制器；控制器根据所接收的电信号，发送断开信号给砂轮控制模块；以及砂轮控制模块根据该信号，使砂轮推理待磨削部件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中光信号感测模块通过光纤采集光信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其中将所采集的光信号转换为电信号进一步包括在将 该电信号传送给控制器之前，放大该电信号。
全文摘要
本发明提供一种光感测自动磨削探位系统，该系统包括砂轮；连接到砂轮并控制砂轮的操作的砂轮控制模块；光信号感测模块，其在砂轮与待磨削部件接触产生火花时，采集光信号，并处理采集的光信号，以及将经过初步处理的光信号传送到控制器；以及控制器，其在接收到经处理的光信号后，输出断开信号并将该断开信号发送给砂轮控制模块。其可提供稳定、准确并可靠的探位。
文档编号B24B49/12GK101966690SQ20101023813
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者凌沛洪, 焦红武 申请人:上海瑞纽机械装备制造有限公司