CZ25228U1 - Zařízení pro bezkontaktní měření posuvové rychlosti - Google Patents

Description

Zařízení pro bezkontaktní měření posuvové rychlosti

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro snadné měření posuvové rychlosti mezi referenčním bodem nástroje a povrchem obrobku na číslicově řízených strojích, zejména víceosých obráběcích strojích.

Dosavadní stav techniky

V technické praxi existuje mnoho variant bezkontaktních senzorů či snímačů, využívaných pro měření rychlosti pohybu předmětů. Snímače lze nejprve rozdělit podle toho, na jakou trajektorii pohybujícího se předmětu jsou určené, tedy buď na kruhové pohyby, nebo na přímočaré pohyby.

V případě měření relativní posuvové rychlosti mezi referenčním bodem nástroje a povrchem obrobku na číslicově řízeném stroji je nutno využívat senzory pracující na principu snímání přímočarých pohybů. Bezkontaktní snímače pro měření rychlostí přímočarých pohybů je dále možno dělit podle konstrukčního provedení jejich těles a upínacích prvků. Dostupná provedení těchto snímačů však neumožňují jejich přímou aplikaci na měření posuvové rychlosti mezi referenčním bodem nástroje a obrobkem na číslicově řízeném obráběcím stroji, zejména pak víceosém. Zejména je to znemožněno např. jejich zástavbovými rozměry, nebo prvky pro jejich upevnění. Podmínkou pro aplikaci snímače posuvové rychlosti mezi referenčním bodem nástroje a povrchem obrobku je zejména u víceosého obráběcího stroje upevnění senzoru (či pracovního bodu) do osy vřetena stroje. U standardních bezkontaktních snímačů jejich konstrukční provedení neumožňuje seřizování osy senzoru, jelikož se nejedná o běžnou podmínku aplikace. Např. pro měření rychlosti pohybu plechu, kde se stávající standardní snímače rychlosti používají, není nutné seřizovat osu senzoru, ale pouze pracovní vzdálenost senzoru od povrchu pohybujícího se předmětu. Konstrukční provedení těchto stávajících snímačů není též uzpůsobeno pro přímé upnutí senzoru do vřetena stroje. Podmínky snadného upnutí snímače koaxiálně s vřetenem obráběcího stroje tedy dostupné snímače nesplňují.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro bezkontaktní měření posuvové rychlosti na číslicově řízených, zejména víceosých obráběcích strojích.

Podstata řešení spočívá v uložení bezkontaktního laserového senzoru do tělesa, kdy tento celek je vnitřně uzpůsoben tak, aby osa senzoru byla ztotožněna s osou vřetena stroje. Těleso je uzpůsobeno tak, aby byl plošný spoj s elektronickými prvky pevně upevněn pomocí šroubků, kdežto senzoru je díky tomu, že není pevně přichycen k desce plošného spoje, ale prostřednictvím lanek, zajišťujících zároveň komunikaci a napájení senzoru, umožněno vystředění vůči elementům tělesa, které zajistí koaxiální upevnění osy senzoru, ve které probíhá snímání dat vůči stopce tělesa. Prostřednictvím této stopky a následně nástrojového držáku je možno toto zařízení jednoduše upnout do vřetena stroje. Tím je umožněno měřit posuvové rychlosti i na víceosých strojích pri souvislých víceosých operacích vůči tvarově složitým povrchům obrobků. Celé zařízení se na stroji seřídí jednoduše jako klasický nástroj pomocí délkové korekce. Pracovní vzdálenost senzoru od povrchu obrobku pro bezkontaktní měření je nastavena např. pri výpočtu dráhy nástroje, nebo upravením délkové korekce. Ze zařízení jsou data přenášena prostřednictvím kabelu a dále zpracována příslušným software. Zařízení je přizpůsobeno pro čtení měřených dat přímo z laserového senzoru a takt smyčky pro čtení dat tak není ovlivněn např. některými činnostmi operačního systému.

Objasnění obrázků na výkresech

Zařízení pro bezkontaktní měření posuvové rychlosti na číslicově řízených strojích bude blíže popsáno v odstavci s příkladem uskutečnění technického řešení s pomocí přiložených obrázků Obr. 1 a Obr. 2. Obr. 1 zachycuje nárys zařízení v částečném řezu. Na Obr. 2 je zachycen půdo- 1 CZ 25228 Ul rys zařízení, kde je patrna stopka jako element pro uchycení senzoru koaxiálně vůči vřetenu stroje.

Příklad uskutečnění technického řešení

Příklad zařízení pro měření posuvové rychlosti na číslicově řízeném, zejména víceosém obráběcím stroji je uveden na dvou obrázcích Obr. 1 a Obr. 2. Na Obr. 1 jsou zachyceny následující prvky. Těleso 1, jehož pevnou součástí je stopka 2. V tělese i je pevně upevněna deska 3 plošného spoje s potřebnými elektronickými součástkami. Senzor 4 je opatřen fokusačním prvkem a tento celek není k desce 3 plošného spoje klasicky upevněn na pevných kontaktech, ale je upevněn pomocí poddajných, tj. pohyb umožňujících lanek 5, které zároveň slouží pro přenášení dat a zajišťují napájení senzoru 4. Díky pohyblivému spojení senzoru 4 a desky 3 plošného spoje je senzoru 4 umožněno vystředění vůči středícím elementům, které j sou součástí tělesa i. Osa senzoru 4, ve které probíhá snímání, je díky tomuto principu umístěna koaxiálně se stopkou 2. V tělese i je též vytvořen otvor, zajišťující přístup bezkontaktního laserového senzoru 4 k povrchu obrobku. Tyto prvky zařízení jsou na zmíněném obrázku zachyceny v částečném řezu. Dalším prvkem na tomto obrázku je kabel 6, který zajišťuje přenos naměřených dat a napájení plošného spoje. Válcová stopka 2 tedy slouží pro upnutí celého zařízení do nástrojového držáku a tento celek je dále upnut do vřetena stroje podobně jako ostatní jiné nástroje. Na Obr. 2 je patrný půdorys tělesa 1 se stopkou 2 a komunikační kabel 6.

Na stroji je zařízení upnuté ve vřetení seřízeno shodně, jako ostatní nástroje. Musí být také nastavena pracovní vzdálenost senzoru 4 k povrchu obrobku. To je zajištěno buďto při výpočtu dráhy nástroje, nebo délkovou korekcí v řídicím systému stroje.

Kabel 6 slouží pro přenos naměřených dat a je koncipováno pro připojení zařízení pro přímé čtení naměřených dat, aby byla minimalizována chyba taktu smyčky čtení způsobovaná operačním systémem. Dále jsou naměřená data zpracovávána podle algoritmu příslušného softwaru. Celé zařízení je následně připojeno pomocí USB (Universal Seriál Bus) konektoru ke stolnímu počítači nebo notebooku, který již zajišťuje pouze uchovávání naměřených dat.

Jako příklad konkrétní realizace tohoto zařízení může být zařízení o rozměrech tělesa: výška = 80 mm (bez stopky), šířka = 30 mm, délka = 40 mm, výška víka se stopkou =130 mm, délka upínací stopky = 50 mm a průměr upínací stopky = 20 mm. Materiálem zařízení může být např. slitina hliníku, nebo plast. Pro použití na strojích s elektrovřetenem je nutné stopku vyrobit z nevodivého materiálu, např. z plastu. Z uvedených rozměrů vyplývá, že se jedná o velmi kompaktní zařízení. Zařízení bylo otestováno při měření posuvových rychlostí na tři, čtyř i pětiosých obráběcích strojích a díky tomuto zařízení byly zjištěny důležité informace o skutečném průběhu posuvové rychlosti podél dráhy nástroje. Jedná se tedy o velmi kompaktní nástroj pro diagnostiku nastavení např. obráběcího stroje a pro technologa, který má detailní přehled o tom, jak se stroj chová při dané aplikaci obrábění z hlediska reálných technologických podmínek. Následnou aplikací korekčního algoritmu, či použitím vhodnějších funkcí řídicího systému bylo u víceosých operací dosaženo úspory času obrábění ve výši až 50 % vzhledem k původnímu strojnímu času. Průmyslová využitelnost

Zařízení pro bezkontaktní měření posuvové rychlosti na číslicově řízených strojích lze s výhodou využívat především pro diagnostiku dosahovaných posuvových rychlostí, např. při obrábění na číslicově řízených obráběcích strojích, zejména víceosých, kde se pohyb obrobku a nástroje realizuje kombinací lineárních a rotačních posuvových os podle dané kinematické konfigurace obráběcího stroje. Tato diagnostika dosahované posuvové rychlosti podél dráhy nástroje při obrábění tak dává technologovi představu o reálných technologických podmínkách dosahovaných při obrábění a je základem pro případnou aplikaci korekce posuvové rychlosti, což může přinést výrazné uspoření výrobního času při víceosých operacích, či dosažení požadované posuvové rychlosti v co nejvyšší míře podél dráhy nástroje. Zařízení však může být s výhodou využito např. i u robotů, nebo jiných strojů, kde je zapotřebí diagnostikovat vzájemnou rychlost dvou předmětů.

Claims (3)

1. Zařízení pro bezkontaktní měření posuvové rychlosti na číslicově řízených, zejména víceosých obráběcích strojích obsahující bezkontaktní polohový laserový senzor (4), vyznačující se tím, že polohový laserový senzor (4) s deskou (3) plošného spoje je umístěn v

5 tělese (1) s otvorem pro bezkontaktní přístup senzoru (4) k povrchu obrobku, přičemž těleso (1) je opatřeno upínací stopkou (2) pro jeho upnutí do nástrojového držáku.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že osa upínací stopky (2) je umístěna koaxiálně s osou senzoru (4).

3. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že senzor io (4) je propojen s výpočetním zařízením pro minimalizaci chyby taktu smyčky čtení způsobené operačním systémem.