一种归零定位系统及方法与流程

本发明涉及运动部件的归零定位，尤其涉及金属成型设备的归零定位系统及方法。

背景技术：

目前，在运动部件的位置控制中，例如金属压铸成型设备的压射油缸的定位中，普遍采用磁栅尺和接近开关组合的方式用来控制。磁栅尺用于检测实际压射油缸的位移量，本身的分辨率可高达0.001mm。在压射油缸在移动过程中，磁栅尺读数头采集位置信号并不断的发脉冲，控制器或PLC接收并记录脉冲数，根据脉冲当量乘以脉冲数得到计算实际的位移量。接近开关用于原点位置归零，每当压射油缸后退到底，接近开关检测到导向杆上的被感应零件，并触发信号的跳变，程序寄存器清空当前脉冲计数，以触发时的位置作为压射位置的绝对零位。绝对零位的重复精度跟接近开关本身灵敏度、移动物体的速度、检测物体的距离、环境因素都有关系，接近开关的感应方式用于定位场合，并不算精密。

据估计，单接近开关的本身的重复精度在0.2mm左右，这就决定了压射系统至少存在0.2mm的重复定位误差，再加上控制系统的其他误差，比如感应体和接近开关的检测距离发生变化，导致压射系统在低速转高速切换位置、高速转增压位置都存在基础误差，这对于薄壁或制品重量较小的精密压铸影响特别明显。

技术实现要素：

本发明的目的是提供成本低、精度高的运动部件的归零定位系统和方法。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种用于运动部件的归零定位方法，所述归零定位方法包括步骤：

安装脉冲增量式位移传感器和开关量检测传感器，其中所述脉冲增量式位移传感器能够发出循环零位脉冲信号；

启动所述运动部件的运动；

在所述运动部件运动到所述开关量检测传感器的触发范围内时，使得所述开关量检测传感器触发；

使得运动部件继续运动，同时检测所述脉冲增量式位移传感器的循环零位脉冲信号；以及

当检测到所述循环零位脉冲信号时，使得所述运动部件停止运动，并将所述运动部件停止的位置设置为所述运动部件的原点。

一实施例中，所述方法进一步包括步骤：在所述开关量检测传感器触发的同时，检测所述运动部件在从所述开关量检测传感器开始触发到检测到所述循环零位脉冲信号期间所行进的距离L，如果L在预定范围之内，则将所述运动部件停止的位置设置为所述运动部件的原点，如果L在预定范围之外，则给出错误提醒。

一实施例中，所述脉冲增量式位移传感器是光栅尺、磁栅尺、磁致伸缩尺或拉线编码器，以及所述开关量检测传感器是微动开关、光电开关或接近开关。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于金属成型设备的压射油缸的归零定位方法，其中所述金属成型设备进一步包括安装支座和压射导向杆，所述压射导向杆安装于所述安装支座并与所述压射油缸关联，从而能够随着所述压射油缸同步运动，所述归零定位方法包括步骤：

安装脉冲增量式位移传感器和开关量检测传感器，其中，其中所述脉冲增量式位移传感器能够发出循环零位脉冲信号且组成所述脉冲增量式位移传感器的元件的至少一部分安装在所述压射导向杆上，所述开关量检测传感器布置在所述压射杆并离所述压射导向杆预定距离，

启动所述压射油缸的运动；

在所述压射导杆运动到所述开关量检测传感器的触发范围内时，所述开关量检测传感器触发；

使得压射油缸继续运动，同时检测所述脉冲增量式位移传感器的循环零位脉冲信号；以及

当检测到所述循环零位脉冲信号时，使得所述压射油缸停止运动，并将所述压射油缸停止的位置设置为所述压射油缸的原点。

一实施例中，所述脉冲增量式位移传感器是光栅尺、磁栅尺、磁致伸缩尺或拉线编码器，以及所述开关量检测传感器是微动开关、光电开关或接近开关。

一实施例中，所述方法进一步包括步骤：在所述开关量检测传感器触发的同时，检测所述压射导杆在从所述开关量检测传感器开始触发到检测到所述循环零位脉冲信号期间所行进的距离L，如果△S<L<S-△S，则将所述运动部件停止的位置设置为所述运动部件的原点，如果L<△S或L>S-△S，则给出错误提醒，其中，S为脉冲增量式位移传感器的周期采样信号的物理间距，△S为所述开关量检测传感器的检测精度。

一实施例中，所述脉冲增量式位移传感器是三相脉冲式增量式磁栅尺，以及所述开关量检测传感器是接近开关，所述方法进一步包括步骤：在所述开关量检测传感器触发的同时，检测所述压射导杆在从所述开关量检测传感器开始触发到检测到所述循环零位脉冲信号期间所行进的距离L，如果△S<L<S-△S，则将所述运动部件停止的位置设置为所述运动部件的原点，如果L<△S或L>S-△S，则给出错误提醒，其中，S为所述三相脉冲式增量式磁栅尺的磁间距，△S为所述接近开关的检测精度。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于金属成型设备的压射油缸的归零定位方法，其中所述金属成型设备进一步包括安装支座和压射导向杆，所述压射导向杆安装于所述安装支座并与所述压射油缸关联，从而能够随着所述压射油缸同步运动，其中所述归零定位方法包括步骤：

安装接近开关、三相脉冲式增量式磁栅尺的磁条和读数头，其中所述磁条安装在所述压射导向杆上，所述接近开关布置在所述压射杆的上方或下方并离所述压射导向杆第一预定距离，以及所述磁栅尺读数头布置在所述压射导向杆的上方或下方并离所述磁条第二预定距离；

启动所述压射油缸的运动，其中所述压射油缸的运动带动所述压射导向杆同步运动；

在所述压射导向杆运动到所述接近开关的触发范围内时，所述接近开关触发；

使得所述压射油缸继续运动，同时检测所述磁条磁间距内的Z相脉冲信号；以及

当检测到所述Z相脉冲信号时，使得所述压射油缸停止运动，并将所述压射油缸停止的位置设置为所述压射油缸的原点。

一实施例中，所述接近开关和所述磁栅尺读数头安装在所述安装支座上。

一实施例中，所述压射导向杆上设有台阶，当所述压射导向杆上的台阶运动到所述接近开关上方或下方时，所述接近开关触发。

一实施例中，所述方法进一步包括步骤：在所述接近开关触发的同时，检测所述压射导向杆在从所述接近开关开始触发到检测到所述Z相脉冲信号期间所行进的距离L，如果△S<L<S-△S，则将所述运动部件停止的位置设置为所述运动部件的原点，如果L<△S或L>S-△S，则给出错误提醒，其中，S为所述三相脉冲式增量式磁栅尺的磁间距，△S为所述接近开关的检测精度。

根据本发明的还一方面，提供了一种用于金属成型设备的压射油缸的归零定位系统，其中所述金属成型设备进一步包括安装支座和压射导向杆，所述压射导向杆安装于所述安装支座并与所述压射油缸关联，从而能够随着所述压射油缸同步运动，其中所述归零定位系统包括接近开关、三相脉冲式增量式磁栅尺的磁条和磁栅尺读数头，其中所述磁条安装在所述压射导向杆上，所述接近开关布置在所述压射杆的上方或下方并离所述压射导向杆第一预定距离，且在所述压射导向杆运动到所述接近开关的触发范围内时，所述接近开关触发，以及所述磁栅尺读数头布置在所述压射导向杆的上方或下方并离所述磁条第二预定距离，且当所述接近开关触发且所述磁栅尺读数头检测到所述磁条磁间距内的Z相脉冲信号时，使得所述压射油缸停止运动，并将所述压射油缸停止的位置设置为所述压射油缸的原点。

一实施例中，所述接近开关和所述磁栅尺读数头安装在所述安装支座上。

一实施例中，所述压射导向杆上设有台阶，当所述压射导向杆上的台阶运动到所述接近开关上方或下方时，所述接近开关触发。

一实施例中，所述接近开关的水平检测范围和所述三相脉冲式增量式磁栅尺的磁间距选择成使得所述接近开关的水平检测范围≥2倍*磁间距。

本发明的归零定位系统和方法能够以低成本的方式实现高归零定位精度。

附图说明

图1是安装有根据本发明的一实施例的归零定位系统的金属成型设备的压射系统的一部分结构图；

图2是图1的压射系统的部分的结构图；

图3是图1的归零定位系统的磁栅尺的时序图；

图4是图1的归零定位系统的电气接线图；以及

图5是根据本发明的一实施例的归零定位方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

图1和2示出安装有根据本发明的一实施例的归零定位系统的金属成型设备的压射系统的一部分结构图。如图1和2所示，金属成型设备的压射系统包括压射油缸1、安装支座2、压射导向杆3以及压射油缸的位置控制系统。压射导向杆3安装于安装支座2并与压射油缸1关联，从而能够随着压射油缸同步运动。具体地，压射油缸1穿过安装支座2的中部的通孔26。在安装支座2的两侧设有压射导向杆安装台21和22。两根压射导向杆3和6分别穿过压射导向杆安装台21和22。安装台21的上部和下部分别设有凹腔23和通槽24。凹腔23的底部设有安装孔25。安装孔25为通孔并与通孔26连通，其内壁设有螺纹。接近开关4拧入安装孔25并置于压射导向杆3上方。压射导向杆3上设有台阶31。当压射导向杆3上的台阶运动到接近开关4下方在接近开关4的触发范围内时，接近开关4触发。应理解的是，接近开关也可以布置成检测其他构件上，只要该构件布置成随压射油缸同步运动即可。另外，接近开关也可由诸如微动开关或光电开关等其他开关量检测传感器来替代。

压射导向杆3的下侧安装有磁条7。通槽24的侧壁上安装有磁栅尺读数头5。磁栅尺读数头5距离磁条7预定距离，该预定距离可以根据所选择的磁栅尺及磁栅尺读数头型号来确定，从而在压射导向杆的运动过程中，磁栅尺读数头5可以时刻检测到磁条7，从而检测压射导向杆3的位置。应理解的是，磁条7和磁栅尺读数头5的主要作用是检测压射导向杆的位置，从而检测压射油缸的位置。应理解的是，也可以通过检测跟随压射油缸一起运动的其他构件的位置来间接地检测压射油缸的位置，即磁条7和磁栅尺读数头5也可以安装在其他位置。另外，磁条7和磁栅尺读数头5可以由诸如光栅尺、磁栅尺、磁致伸缩尺或拉线编码器等脉冲增量式位移传感器来替代，只要这些脉冲增量式位移传感器能够发出循环零位脉冲信号即可。这里，循环零位脉冲信号指的是基于传感器的检测原理，能在固定间距或角度内，周期的给出一个脉冲信号，例如，对于磁栅尺，是每个磁间距内的Z相脉冲，对于光栅尺、磁致伸缩尺和拉线编码器，是单圈编码器的重复零位脉冲。

如图4所示，本发明中，磁栅尺读数头5和磁条7为三相脉冲式增量式磁栅尺，相比“AB”相磁栅尺，成本基本保持不变，增加的“Z”相为循环零点脉冲信号，既在每个磁间距的固定位置(通常为1mm或2mm规格)，都会给出一个脉冲信号。图3示出增量式磁栅尺三相信号时序图。磁栅读数头包括A相、B相和Z相输出口，这三个输出口分别连接到PLC输入采集模块的三个输入口。接近开关4连接到PLC的另一输入口。由此，PLC输入采集模块可以随时采集来自磁栅尺的信号以及接近开关4的信号，输送到控制系统并进行相应的计算，从而对压射油缸的位置进行控制。

上述的接近开关可以为M8或M12直径。为保证接近开关信号在开始触发范围内，肯定能同时检测到一个磁栅尺的“Z”相脉冲，要求磁栅尺的磁间距和接近开关水平检测范围的匹配原则为：接近开关的水平检测范围≥2倍*磁间距。接近开关的螺纹固定孔有一定的间隙，初装时，操作人员可通过程序辅助判断，微调该间隙，从而保证归零时上位机检测到的都是同一个磁间距内的“Z”相脉冲。

工作时，在压射油缸在移动过程中，磁栅尺读数头采集位置信号并不断地发脉冲，控制器或PLC接收并记录脉冲数，根据脉冲当量乘以脉冲数得到计算实际的位移量。接近开关用于原点位置归零，每当压射油缸后退到底，接近开关检测到导向杆上的被感应零件，并触发信号的跳变，程序寄存器清空当前脉冲计数，以触发时的位置作为压射位置的绝对零位。

具体地，参见图5，归零定位系统的一般工作过程可包括如下步骤：

启动所述压射油缸的运动，其中所述压射油缸的运动带动所述压射导向杆同步运动；

在所述压射导向杆运动到所述接近开关的触发范围内时，所述接近开关触发；

使得所述压射油缸继续运动，同时检测所述三相脉冲式增量式磁栅尺的Z相脉冲信号；以及

当检测到所述Z相脉冲信号时，使得所述压射油缸停止运动，并将所述压射油缸停止的位置设置为所述压射油缸的原点；或者，在接近开关触发的同时，检测压射导向杆在从接近开关开始触发到检测到所述Z相脉冲信号期间所行进的距离L，如果△S<L<S-△S，则将所述运动部件停止的位置设置为所述运动部件的原点，如果L<△S或L>S-△S，则给出错误提醒，其中，S为所述三相脉冲式增量式磁栅尺的磁间距，△S为所述接近开关的检测精度，即接近开关的重复误差。

具体地，假设接近开关的重复误差为△S，磁栅尺的磁间距为S，并都在人机界面中输入，程序会计算触发接近开关信号的位置和相邻负方向的“Z”相脉的间距L，假如发现L<△S或L>S-△S，程序给出报警提示“归零错误，请微调原点开关”。这时，所检测到的磁栅尺Z相脉冲不是想要的Z相脉冲，而可能是相邻的Z相脉冲，这会导致归零定位错误。此时，一种解决方式是对接近开关进行微调，从而使得△S<L<S-△S。

示例

以下以SICK磁栅尺和OMRON接近开关组合在金属成型设备中的应用为例说明本发明的技术效果。下表1为SICK磁栅尺选型表。

表1

假设压射油缸的最大运动速度为8m/s，上位机的计数频率≥250khz，对应磁栅尺的重复精度为一个分辨率增量0.01mm。而OMRON接近开关检测精度为0.2mm。

比较传统控制方式和本发明方案的归零精度：

传统方式的归零精度取决接近开关的精度＝0.2mm。

本发明的的归零精度取决磁栅尺的精度＝0.01mm。

从以上数据可以看出，压射位置的归零精度有了明显的提高，假如压射油缸的运动速度较慢，上位机的采样频率更高，可以获得更高的归零精度。

本发明的归零定位方法及系统在基本不增加成本的条件下，将压铸成型设备的压射位置归零定位精度从接近开关级别一下子提升到编码器级别，消除了压射位置每次归零产生的重复定位误差，大大提高了压射位置控制精度，为精密压铸的实现提供了新的技术方案。增量式磁栅尺的应用效果达到了绝对式磁栅尺的程度，但是成本上可能只有其几分之一，而且绝对式磁栅尺使用通讯传输信号，对上位机要求较高，普通PLC并不一定支持。此外，上位机和传感器之间若选择普通的通讯协议，还存在通讯延时的问题，同样影响系统的重复精度，技术方案门槛较高。

应指出的是，上文的具体实施例以归零定位系统在金属压铸成型设备行业的应用为例，并以磁栅尺和接近开关作为典型分析。应理解的是，本发明所研究的技术方案适用于类似信号类型的脉冲增量式位移传感器和开关量检测传感器组合，脉冲增量式位移传感器可以是光栅尺、磁栅尺、磁致伸缩尺或拉线编码器等。开关量检测传感器可以是接近开关、微动开关或光电开关等

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。