CZ300988B6 - Zarízení pro urcení teplotních deformací paralelních mechanismu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zarízení pro urcení teplotních deformací paralelních mechanismu, u kterých je platforma (1) spojena s rámem (6) prostrednictvím alespon dvou kyvných ramen (2, 3, 4) tvorících cást kinematických dvojic (5), pricemž zarízení je opatreno cidly relativního pohybu kinematických dvojic a rídicím systémem pro zpracování dat o vzájemném pohybu kinematických dvojic. Pocet cidel relativního pohybu clenu kinematických dvojic (5), je vetší než pocet stupnu volnosti platformy (1). Zarízení obsahuje cidla relativního pohybu v posuvných vedeních (11 a 12; 21, 22, 23, 24) a alespon jedno cidlo relativního pohybu rotacního kloubu (13 nebo 14 nebo 15; 25 nebo 26).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro určení teplotních deformací paralelních mechanismů, u kterých je platforma spojena s rámem prostřednictvím alespoň dvou kyvných ramen tvořících část kinematických dvojic, přičemž zařízení je opatřeno čidly relativního pohybu kinematických dvojic a řídicím systémem pro zpracování dat o vzájemném pohybu kinematických dvojic.

io Dosavadní stav techniky

Paralelní mechanismy jsou využívány ve větším rozsahu pro polohování určitého tělesa v prostoru. Takovýmto tělesem může být např. platforma nesoucí vřeteno obráběcího stroje, kde platforma je paralelním mechanismem přiváděna do požadované polohy v jedné rovině, ze které je pak vřeteno posouváno dalším mechanismem ve směru kolmém na tuto rovinu. Platforma je pak s rámem, např. rámem obráběcího stroje, spojena prostřednictvím alespoň dvou kyvných ramen, která jsou opatřena kinematickými dvojicemi pro spojení s další částí paralelního mechanismu. Kinematickými dvojicemi jsou obecně myšleny rotační dvojice, posuvné dvojice, sférické dvojice a pod., jejichž části vzájemně mění svou polohu a tak přivádí nosné těleso, resp. platformu do požadované polohy v rovině, jak je to obvyklé u obráběcích strojů, nebo obecně do požadované polohy v prostoru, např, u manipulátorů, robotů, měřicích zařízení atd.

Jednotlivé části paralelních mechanismů, tj. jejich ramen, otočných kloubů, suvných vedení atd., včetně polohy připojovacích míst k platformě nebo rámu jsou stiženy výrobními nepřesnostmi, které ve svém souhrnu přinášejí nedostatečnou přesnost pri polohování nosného tělesa, čí platformy.

Pro zvýšení přesnosti polohování paralelních mechanismů se proto po jejich sestavení provádí rozměrová kalibrace, kterou se stanovuje nepřesnost polohy nosného tělesa, či platformy v určeném počtu polohovacích míst.

Z jednotlivých odchylek polohy v těchto určených místech se pak stanovují opravné parametry pro polohu tělesa, Či platformy během činnosti paralelního mechanismu.

Tyto rozměrové kalibrace nejsou prováděny pri běžném provozu paralelních mechanismů, tedy např. ne v procesu obrábění, ale mimo jejích běžný pracovní proces. To má za následek, že při běžném pracovním procesu paralelního mechanismu nastávají jeho další deformace vznikající vývinem tepla při pohonu jednotlivých mechanismů, třením v kloubech nebo vedeních tvořících kinematické dvojice a z případného vlastního technologického procesu pri obrábění a pod. Teplotními deformacemi se pak mění rozměry paralelního mechanismu a souvisejících částí, např. obráběcího stroje a důsledkem toho je ztráta, resp. snížení přesnosti polohování nosného tělesa, či platformy.

Pro odstranění, resp, potlačení těchto teplotních deformací je používána celá řada opatření. Jsou používána konstrukční opatření spočívající v navržení symetrické konstrukce, která se deformuje předpokládaným způsobem, jehož výsledkem je kompenzace jednotlivých nepřesností. Rovněž tak je možno navržení nesymetrické konstrukce s deformací v očekávaném směru a tím kompenzací nepřesností.

Další opatření spočívají v intenzivním chlazení jednotlivých komponent mechanismu, v místech vývinu tepla.

Je rovněž používáno čidel měření teploty, kterými je mechanismus, či stroj vybaven, přičemž na základě předchozích zkoušek je z hodnot těchto teplotních čidel předpovězena teplotní deformace

CZ 300988 Bó polohy nosného tělesa, či platformy a ta je kompenzována v řídicím systému polohování platformy.

Všechna uvedená opatření teplotní deformace omezují jen částečně nebo jejich hodnotu předpo5 vídají z nepřímých měření a v důsledku toho není dosažena úplná kompenzace těchto teplotních deformací.

Cílem tohoto vynálezu je zařízení pro určení teplotních deformací, kterým by bylo možno jednoduchým způsobem jejich určení, přičemž se jím dosáhne zpřesnění polohování nosného tělesa, či ío platformy.

Podstata vynálezu

Podstata zařízení pro určení teplotních deformací paralelních mechanismů podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že počet čidel relativního pohybu členů kinematických dvojic je větší než počet stupňů volnosti platformy. Zařízení obsahuje čidla relativního pohybu v posuvných vedeních a alespoň jedno čidlo relativního pohybu rotačního kloubu.

Výhodou zařízení pro určení teplotních deformací paralelních mechanismů podle vynálezu je kompenzace tepelných deformací na základě aktuálních hodnot naměřených čidly v průběhu provozu paralelního mechanismu. Dochází tak k přesnějšímu polohování platformy, kdy je brán v úvahu okamžitý skutečný teplotní stav mechanismu.

Přehled obrázků na výkrese

Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněn paralelní mechanismus se zařízením podle vynálezu, kde obr. 1 znázorňuje obecný paralelní mechanismus s rotačními kinematickými dvoji30 cemi, obr. 2 znázorňuje polohovací mechanismus se dvěma posuvnými kinematickými dvojicemi a obr. 3 znázorňuje paralelní mechanismus se čtyřmi posuvnými kinematickými dvojicemi.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn paralelní mechanismu, jehož nosné těleso, zde platforma i je spojena s rámem 6 prostřednictvím tří větví, které sestávají z jednotlivých ramen 2, 3, 4, které jsou spolu spojeny rotačními klouby. Jednotlivé sousední ramena 2, 3, 4 každé z větví tvoří kinematickou dvojici 5, na obrázku je vztahová značka označující kinematickou dvojici vedena do rotačního kloubu mezi sousedními rameny 2, 3, 4. Rovněž pak kinematickou dvojici 5 tvoří vždy vrchní ramena jednotlivých větví spolu s platformou 1 a rovněž spodní ramena jednotlivých větví s rámem ó.

Na obrázku 1 jsou kinematické dvojice 5 spojeny prostřednictvím otočných kloubů - rotačních nebo sférických, je však možné použít rovněž suvná spojení členů kinematické dvojice. Podle počtu a druhu kinematických dvojic 5 je pak určen počet stupňů volnosti platformy T Jednotlivé členy kinematických dvojic 5 vykonávají vzájemně mezi sebou úhlový pohyb nebo posuvný pohyb. Tento pohyb je snímán čidly úhlového nebo suvného pohybu a údaje o vzájemné poloze jsou předávány do řídicího systému, který na jejich základě kompenzuje rozměrové odchylky polohy platformy J_, které vzniknou v důsledku tepelných deformací rámu 6, platformy i a částí paralelního mechanismu při jeho provozu. Podmínkou pro účinné sledování tepelných deformací, jejich vyhodnocení a využití pro jejich kompenzaci je, že počet čidel relativního pohybu kinematických dvojic 5 je větší než počet stupňů volnosti platformy i.

CL JUW99 DO

Konkrétní případ použití paralelního mechanismu je znázorněn u obráběcího stroje Trijoint, u kterého je platforma I spojena se suvným vedením JJ. prostřednictvím ramene se dvěma rotačními klouby 13, 14, z nichž kloub 13 slouží pro spojení ramene se saněmi suvného vedení JJ.·

S druhým suvným vedením 12, které je rovnoběžné nebo různoběžné se suvným vedením Η.» j^e platforma 1 spojena prostřednictvím ramene, jehož rotační kloub J5 slouží pro připojení ramene k suvnému vedení J2.

V daném případě je využito dvou čidel pro snímání relativního pohybu saní a suvného vedení JJ a druhých saní a suvného vedení 12 a současně je použito alespoň jedno další čidlo pro snímání ío relativního pohybu částí paralelního mechanismu spojených rotačním kloubem JJ nebo 14 nebo

15.

Na obr. 3 je pak znázorněno jiné provedení paralelního mechanismu na obráběcím stroji, tzv.

„Sliding Star“, který sestává ze čtyř suvných vedení 21, 22, 23, 24, které jsou s platformou 1 spojeny vždy přes saně a příslušné rameno. Každé z těchto ramen je opatřeno na svých koncích rotačním kloubem 25 pro připojeni k saním a rotačním kioubem 26 pro připojení k plaífunně J.

Pro sledování teplotních deformací je využito čtyř Čidel pro snímání relativního pohybu částí suvného vedení 21, 22, 23, 24 a alespoň jedno další čidlo pro snímání relativního pohybu v některém z rotačních kloubů 25,26.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro určení teplotních deformací paralelních mechanismů, u kterých je platforma (1) spojena šrámem (6) prostřednictvím alespoň dvou kyvných ramen (2, 3, 4) tvořících část kinematických dvojic (5), přičemž zařízení je opatřeno čidly relativního pohybu kinematických dvojic a řídicím systémem pro zpracování dat o vzájemném pohybu kinematických dvojic,

   30 vyznačené tím, že počet čidel relativního pohybu členů kinematických dvojic (5), je větší než počet stupňů volnosti platformy (1).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že obsahuje čidla relativního pohybu v posuvných vedeních (11 a 12; 21, 22, 23, 24) a alespoň jedno Čidlo relativního pohybu rotačního

   35 kloubu (13 nebo 14 nebo 15; 25 nebo 26).

   1 výkres

   -3CZ 300988 B6