CS256711B1 - Optoelectronic infrared sensing element for measuring of nominal size's deviations and surface roughness - Google Patents

Description

256711

Vynález sa týká zariadenia pře súčasnémeranie odchýlok menovítých rozmerov adrsnosti povrchu v automatické]' kontrolepřesnosti obrábania rotačných súčiastok načíslicovo a programovo riadených strojoch.

Pri trieskovom obrábaní rotačných súčias-tok v automatizovaných výrobných systé-moch je problematické počas automatické-ho cyklu rýchlo a spoiahlivo definovat od-chýlku menovitého rozměru a drsnostpovrchu. Problematika spočívá v nájdení spó-sobu merania, ktorý by bol schopný bez-prostředné pri vlastnom reznom procese a-lebo po jeho skončení v pracovnom priesto- re stroja, súčasne merať odchýlky meno-vitého rozměru a drsnosti povrchu a zabez-pečit prípadnú korekciu pre dosiahnutíepožadovanéj hodnoty. Doteraz vo svete známesnímače sa používajú len na meranie odchý-lok menovítých rozmerov.

Optoelektronický infračervený snímač pó-dia vynálezu, rieši uvedená problematikyaktívnej kontroly pri trieskovom obrábanírotačných súčiastok. Podstata vynálezu spo-čívá v tom, že k držiaku nástrojov je mati-cou uchytené základné teleso snímača, vktorom sú umiestnené zdroje infračervené-ho žiiarenia. K základnému telesu snímačaje upevněný vyhodnocovací fotodetektor, u-miestnený v puzdre, ktoré je uchytené v ty-čovom segmente, ktorý je v kontakte s di-ferenciálnou skrutkou a spojený s vodiacoutyčkou, ktorá je posuvné uložená v drážkezákladného telesa snímača a telesa. Vymě-nitelné teleso, v ktorom je umiestnená sú-stava šošoviek, je upevněné v přírubě, kto-ré je připevněná k základnému telesu sní-mača. K základnému telesu snímača je tiežpřipojené teleso, v ktorom je uložená sústa-va vyhodnocovacích fotodiód, šošovka a fli-ter. Rektifikačnými skrutkami a tlačnýmipružinami je k základnému telesu snímačauchytené přírubové teleso, v ktorom sú u-miestnené a upevněné optické odrazné hra-noly.

Podlá dalšieho prevedenia snímača súzdroje infračerveného žiarenia uložené vpuzdrách, ktoré sú spojené s telesami, kdesú umiestnené šošovky, pričom telesá súupevněné v základném telese snímača-

Uvedené zariadenie pódia vynálezu opro-ti súčasnému stavu techniky umožňuje sú-časne merať rozměrové změny a drsnosťpovrchu priamo v priebehu režného proce-su alebo po jeho skončení a súčasne usku-točňovať analýzu hodnotených parametrova s nadváznosťou riadiaceho systému obrá-bacieho stroja uskutočňovať příslušné ko-rekcie pre dosiahnutíe požadovanej hodno-ty. Příklad konštrukčného riešenia snímačapódia vynálezu je znázorněný na jednotli-vých výkresoch.

Na obr. 1 je znázorněný pohiad na cel-ková zostavu optoelektronického infračer-veného snímača.

Na obr. 2 je priečný rez C—C z obr. 1, zo- brazujňci snímaciu časť na meranie odchý-lok rozmerov.

Na obr. 3 je priečny rez A—A z obr. 1 aspolu s obr. 4, kde je rez B—B z obr. 3, zo-brazujú snímaciu časť na meranie drsnostipovrchu. Pódia obr. 1 je v základnom telese sní-mača 1 umiestnená snímacia časť na me-ranie odchýlok menovitých rozmerov 2 asnímacia časť na meranie drsnosti povrchu 3. Základné teleso snímača 1 je spojené sprednou časťou 4 držiaka nástrojov 5 s ku-želovou stopkou, prostredníctvom matice B. Pódia obr. 2 v základnom telese snímača 1 je uchytené teleso 8, v ktorom je umiest-nená Šošovka 10. Teleso 8 je spojené s puz-drom 7, v. ktorom je umiestnený zdroj infra-červeného žiarenia 9. Vyhodnocovací foto-detektor 11 a šošovka 19 sú umiestnené vpuzdre 12. Puzdro 12 je uchytené v tyčovomsegmente 13, skrutkou 20, ktorého rektífi-káciu pre nastavenie uhlu odrazu, zabezpe-čuje diferenciálna skrutka 14 a skrutka 15.Vodiaca tyčka 18 je spojená s tyčovým seg-mentem 13 a posuvné uložená v rybinovitejdrážke základného telesa snímača 1 a tele-sa 17. Skrutka 18 ovládajúca vodiacu tyčku18 a je umiestnená v telese 17. Pódia obr. 3 a 4 v základnom telese sní-mača 1 je umiestnené teleso 8 s puzdrom7 pri tom istom zložení a tým istým spňso-bom, ako pri popise obr. 2. Optické odraz-né hranoly 21 s polopriepustnou vrstvou súuchytené v prírubovom telese 22 a sú za-istené podložkami a skrutkami 23. Přírubo-vé teleso 22 je uchytené pomocou dvochrektifikačných skrutiek 24 a tlačných pru-žin 25. Sústava šošoviek 26, 27 je umiestne-ná vo vymeniteinom telese 28 a zaistenákrúžkom 29. Vyměnitelné teleso 28 je pri-skrutkované v prírube 30. Příruba 30 dosa-dá na opěrná plochu základného telese sní-mača 1 a je v ňom presne uložená. Lineár-na sústava vyhodnocovacích fotodiód 31 jeumiestnená v telese 32, kde sa nachádzašošovka 34, filter 33 a sú zaistené podložka-mi a skrutkami 35, 36. V základnom telese snímača 1 je připev-něné puzdro 37, v ktorom je umiestnená fo-todióda 38. Fotodióda 38 a jej uchytenie od-padá, ked zdrojom žiarenia je laser.

Funkcia snímača spočívá v meraní odchý-lok rozmerov a drsnosti povrchu a je nasle-dovná:

Meranie rozmerovej odchýlky pódia obr. 2 je založené na zákone lomu a odrazu svět-la, ktorý závisí od rozměru súčiastky. Zdro-jom infračerveného žiarenia 9 je napr. lu-miniscenčná dioda, ktorá je umiestnená vovoliteinej vzdialenosti pod osou obrobku.Volbou vzdialenosti sa zváčšuje alebo zmen-šuje rozsah merania. Povrch obrobku odrá-ža dopadajúci lúč na vyhodnocovací foto-detektor 11, ktorého poloha zodpovedá da-nému uhlu odrazu. Před uvedením do čin-nosti je potřebné nastaviť vyhodnocovací

Claims (3)

258711 fotodetektor 11 na daný uhol odrazu, podláetalonu. Přesné nastavenie sa uskutočňujerektifikačným mechanizmom, ktorý repre-zentuje diferenciální skrutka 14, skrutka13, vodiaca tyčka 18 pohybujúca sa v rybi-novitej drážke telies 1, 17. Pri velmi malejzmene poloměru súčiastky nastáva velmimalá změna uhla odrazu. So· zvačšujúcimsa priemorom súčiastky je uhol rozptylu od-razených lúčov taký malý, že je možně po-mocou vhodnéj šošovky 19 ho zobrazil nafotocitlivú vrstvu vyhodnocovacieho í chodě·tektora 11. Tým zabezpečíme meranie rozme-rov váčšieho rozsahu pri určitom nastavenívyhodnocovacieho fotodetektora na zodpo-vedajúci uhol odrazu. V závislosti od změ-ny intenzity dopadajúceho světla na vyhod-nocovací fotodetektor 11 vyvolá sa změnaodporu R fotodetektora (je úměrná zmenepriemeru obrobku). Takto získaný analogovýsignál sa može napr. frekvenčně prenášařprostredníctvom vysielača do prijímača ale-bo optoelektronicky. Meranie drsnosti povrchu pódia obr. 3 a4 je následovně: Zdroj infračerveného žiarenia 39 je na-příklad luminiscenčně dioda. Zvazok jej svě-telných lúčov sa cez šošovky 2B, 27 a od-razné hranoly 21 s polopriepustnou vrstvouzaostřuje na skúmanú plochu. Vzdialenosťmeranej plochy je nastavená v ohniskovejvznialenosti sústavy šošoviek 2S, 27, ktorýchoptická os je totožná s osou obrobku. Časítohoto žiarenia sa vedie od odvazúceho hra-nole 21 na foíodiódu 38, slúžiacu na kori-govanie světelného kolísania zdroja žiare-nia. (Pri použití laseru ako zdroja žiarenia.táto funkcia korekcie odpadá.} Odrazenésvětlo od skúmanej plochy sa podlá velkos-ti profilu drsnosti rožne rozptyluje a odrá-ža sa na polopriepustnej hrané optického hranola 21 do sústavy vyhodnocovacích fo-todiód 31. Tie sú umiestnené v priamke ale-bo v plošnom rozložení, kolmo na pohybskúmanej plochy. Pre zobrazenie lúčov vjednom smere, ktoré je výhodné pre lineár-ně umiestnenie fotodiód sa používá šošov-ka 34. Potlačenie cudzieho světla inej vlno-vej dížky zabezpečuje v systéme žiareniafilter 33. Platí, že čím je plocha drsnejšia,tým je odrazené světlo viac rozptýlené atým viac sú osvětlené i krajné fotodiódy. Zkaždej diody vzniká elektrický signál, kto-rý sa prenáša podobné ako je popísaný prifunkcii merania odchýlok rozmerov, buďfrekvenčně alebo optoelektronicky. Získa-ný elektrický signál može mikropočítač vy-hodnotit křivkou alebo číselnou hodnotou.Pretože ide o premenné statistické rozlože-nie světla, vyjadřuje číselná hodnota prie-mernú drsnost povrchu a za definovanýchpodmienok existuje jej korelácia s hodno-tou drsnosti Ra. Optoelektronický infračervený snímač po-dlá vynálezu je určený predovšetkým nabezdotýkové meranie pre automatická kon-trolu rozměru a drsnosti povrchu rotačnýchsúčiastok na programovo a číslicovo riade-ných sústruhoch v automatizovaných tech-nologických pracoviskách, splňujúci požia-davky pružnej automatizácie. Použitie sní-mača móže byť rozšířené na meranie rotač-ných súčidstok v programovo riadenýchobráfcacíchj centrách a iných trieskových sp3-soboch obrábania. Je možná kontrola odchý-lok rozmerov a drsnosti otvorov ale závisíoď velkosti konštrukcie snímača. Po demon-táži časti, používanej na meranie rozměruje‘ meradlc použitelné na kontrolu drsnostia prisposobením uchytenia meradla sa jehoaplikácia rozšíří do ostatných oblastí auto-matizované] výroby. PRSDMKT

1. Optoelektronický infračervený snímačna meranie odchýlok menovitých rozmerova drsnosti povrchu, vyznačujúci sa tým, žezosíáva z držiaku nástrojov (5), ku které-mu je maíicou (6) uchytené základné těle-so snímača (1), v ktorom sú umiestnenézdroje infračerveného žiarenia (9, 39) a u-pevnený vyhodnocovací fotodetektor (11),umiestnený v puzdre (12), ktoré je uchy-tené v tyčovom segmente (13), ktorý je vkontakte s diferenciálnou skrutkou (14) aspojený s vodiacou tyčkou (16), ktorá je po-suvné uložená v drážke základného telesasnímača (1) a telesa (17), pričom vyměni-telné teleso (28), v ktorom je umiestnenásústava šošoviek (26, 27), je upevněné vpřírubě (30), ktorá je připevněná k základ- VYNALEZU nému telesu snímača (1), ku ktorému je při-pojené teleso (32), v ktorom je uložená sú-stava vyhodnocovacích fotodiód (31) a šo-šovka (34), mezi nimiž je uložen filter (33)a rektifikačnými skrutkami (24) s tlačnýmipružinami (25) je k základnému telesu sní-mača (1) uchytené přírubové teleso (22),v ktorom sú upevněné optické odrazné hra-noly (21).

2. Optoelektronický infračervený snímačpodlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že zdrojeinfračerveného žiarenia (9, 39) sú uloženév. puzdrách (7), ktoré sú spojené s telesa-mi (8), kde sú umiestnené šošovky (10),pričom telesá (8) sú upevněné v základnomtelese snímača (1).

3 listy výkresov·