CZ306280B6

CZ306280B6 - Device to calibrate clamped workpiece

Info

Publication number: CZ306280B6
Application number: CZ2015-655A
Authority: CZ
Inventors: Martin Goubej; Alois Krejčí; Tomáš Popule
Original assignee: Západočeská Univerzita V Plzni
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-11-09
Also published as: CZ2015655A3

Abstract

The present invention relates to a device for calibration of a clamped workpiece (B) having a circular or cylindrical surface (K) intended for clamping and a peripheral surface (A) intended for machining. A distance sensor (M), having its output connected to an evaluation module (V) is arranged opposite the workpiece (B) peripheral surface, wherein a reference module (R) output is connected to the evaluation module (V). The reference module (R) contains a required distance of the peripheral surface (A) from the distance sensor (M) at identical point. The evaluation module (V) output is transmitted to an output module (F) displaying geometrical deviation of the measured distance of the peripheral surface (A) from the required one, whereby the workpiece (B) can be radially displaced relative to the distance sensor (M).

Description

Zařízení pro kalibraci upnutého obrobkuDevice for calibration of clamped workpiece

Oblast technikyField of technology

Vynálezem je zařízení pro kalibraci upnutého obrobku tvořeného kruhovou nebo válcovou plochou určenou k upnutí a obvodovou plochou určenou k obráběníThe invention is a device for calibrating a clamped workpiece consisting of a circular or cylindrical surface to be clamped and a circumferential surface to be machined

Dosavadní stav technikyPrior art

Správné upnutí obrobku před započetím obrábění je základním předpokladem pro přesnou výrobu. Nesprávné upnutí může vést k produkci zmetků nebo i k poškození nástroje či stroje. U kusové výroby je klasickou metodou manuální ustavení obrobku s použitím ručního ůchylkoměru. Obsluha odečítá vychýlení obrobku ve zvolených bodech a provádí zpravidla poklepem příslušné korekce s cílem nalézt optimální polohu upnutí obrobku. Tento postup vyžaduje zkušenost obsluhy a je časově náročný. Nelze takový postup uplatnit při požadavku na vysokou přesnost obrábění při využití automatizace výrobního procesu s vyloučením nevýrobních časů stroje jako kupříkladu u CNC strojů.Correct clamping of the workpiece before starting machining is a basic prerequisite for precise production. Improper clamping can lead to the production of scrap or even damage to the tool or machine. For piece production, the classic method is manual positioning of the workpiece using a manual dial indicator. The operator reads the deflection of the workpiece at selected points and usually makes appropriate corrections by tapping in order to find the optimal position of the workpiece clamping. This procedure requires operator experience and is time consuming. Such a procedure cannot be applied when high machining accuracy is required when using the automation of the production process with the exclusion of non-production times of the machine, such as for CNC machines.

V dokumentu DE 102009015272 je popsán přípravek, do kterého se ustaví obrobek v pracovním prostoru stroje. Jedná se o jednoúčelové zařízení, které není adaptabilní na různorodé výrobní požadavky.DE 102009015272 describes a jig into which a workpiece is placed in the working space of a machine. It is a single-purpose device that is not adaptable to diverse production requirements.

Zařízení popsané v CN 104050372 (A) využívá dotykové sondy upnuté do pracovního vřetene stroje, která umožňuje nasnímání polohy upnutého výrobku. Ve spojení s vhodným CNC řídicím systémem umožňujícím automatickou kalibraci lze dosáhnout kompenzace šikmého ustavení obrobku natočením souřadného systému stroje, který koriguje dráhu nástroje při obrábění. Nevýhodou tohoto řešení je vysoká pořizovací cena dotykové sondy, jakož i pokročilého řídicího systému a vysoké nároky na kvalitu obsluhy. Otevřeným problémem je kalibrace obrobků se složitou geometrií, které vyžadují určení vhodného pracovního postupu pro samostatný proces měření a absence procedur pro následné vyhodnocení získaných dat v komerčních CNC systémech.The device described in CN 104050372 (A) uses touch probes clamped in the working spindle of the machine, which allows the position of the clamped product to be sensed. In conjunction with a suitable CNC control system enabling automatic calibration, compensation of workpiece misalignment can be achieved by rotating the machine coordinate system, which corrects the tool path during machining. The disadvantage of this solution is the high purchase price of the touch probe, as well as the advanced control system and high demands on the quality of operation. An open problem is the calibration of workpieces with complex geometries, which require the determination of a suitable work procedure for a separate measurement process and the absence of procedures for subsequent evaluation of the obtained data in commercial CNC systems.

Jsou známá řešení využívající zařízení pro rozpoznávání tvaru obrobku v pracovním prostoru stroje. Příkladem jsou laserové trackovací stanice, které určují polohu měřeného bodu obrobku na základě vzdálenosti a orientace měřidla vysílajícího laserový paprsek trvale sledující polohu reflektoru přikládaného k obrobku nebo 3D laserové skenery snímající odražený laserový paprsek, případně určenou kalibrační značku umístěnou na povrchu měřeného objektu, jak popisuje US 20100292947 (Al). Takové zařízení má výhodu v rychlém proměření tvaru obrobku s vysokou přesností. Jedná se o velmi nákladné zařízení, které je ve většině případů ekonomicky nerentabilní.Solutions are known which use a device for recognizing the shape of the workpiece in the working space of the machine. Examples are laser tracking stations that determine the position of a workpiece measuring point based on the distance and orientation of a laser beam meter continuously monitoring the position of a reflector applied to the workpiece, or 3D laser scanners scanning a reflected laser beam, or a designated calibration mark 20100292947 (Al). Such a device has the advantage of quickly measuring the shape of the workpiece with high accuracy. It is a very expensive device, which in most cases is economically unprofitable.

V DE 102013018654 je uvedeno bezdotykové měření vzdálenosti umožňující odměření tvaru obrobku s následnou kompenzací chyby upnutí. Nevýhodou je nutnost využití k tomu účelu zhotovené nástrojové hlavy s integrovaným bezdotykovým čidlem vzdálenosti a nemožnosti využití tohoto čidla jak pro kalibraci upnutí obrobku, tak pro měření geometrie nástroje upnutého ve vřetenu v průběhu obrábění.DE 102013018654 discloses a non-contact distance measurement which makes it possible to measure the shape of a workpiece with subsequent compensation of the clamping error. The disadvantage is the need to use a tool head made for this purpose with an integrated non-contact distance sensor and the impossibility of using this sensor both to calibrate the workpiece clamping and to measure the geometry of the tool clamped in the spindle during machining.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Vynálezem je zařízení pro kalibraci upnutého obrobku tvořeného kruhovou nebo válcovou plochou určenou k upnutí a obvodovou plochou určenou k obrábění. Proti obvodové ploše obrobku směřuje senzor vzdálenosti indikující vzdálenost obvodové plochy od senzoru, jehož výstup je veden do vyhodnocovacího obvodu. Do vyhodnocovacího obvodu je zaveden výstup z referenčThe invention is a device for calibrating a clamped workpiece consisting of a circular or cylindrical surface to be clamped and a circumferential surface to be machined. A distance sensor is directed against the circumferential surface of the workpiece, indicating the distance of the circumferential surface from the sensor, the output of which is fed to the evaluation circuit. The output of the reference is introduced into the evaluation circuit

-1 CZ 306280 B6 ního obvodu obsahující požadovanou vzdálenost obvodové plochy od senzoru vzdálenosti ve shodném místě. Výstup z vyhodnocovacího obvodu je přiveden do výstupního modulu znázorňující geometrickou odchylku změřené vzdálenosti obvodové plochy od požadované. Obrobek je oproti senzoru vzdálenosti radiálně pootoěitelný. Takto koncipované řešení umožňuje plně automatizovat proces ustavení obrobku pro velmi přesné obrábění v rovině, například při broušení radiálních vaček či jim podobných výrobků nebo jejich opracování frézováním nebo soustružením, bez nutnosti využít ekonomicky náročná zařízení.-1 CZ 306280 B6 circuit containing the required distance of the peripheral surface from the distance sensor at the same place. The output of the evaluation circuit is fed to an output module showing the geometric deviation of the measured distance of the circuit surface from the required one. The workpiece is radially rotatable relative to the distance sensor. The solution designed in this way makes it possible to fully automate the workpiece positioning process for very precise in-plane machining, for example when grinding radial cams or similar products or machining them by milling or turning, without the need to use economically demanding equipment.

Zařízení podle vynálezu je opatřené výstupem vedeným z výstupního modulu do řídicí jednotky servopohonů ovládající vzájemnou polohu obvodové plochy obrobku a referenční plochy uložené v referenčním obvodu.The device according to the invention is provided with an output led from the output module to the actuator control unit controlling the relative position of the circumferential surface of the workpiece and the reference surface stored in the reference circuit.

Objasnění výkresuExplanation of the drawing

Příkladné schéma provedení navrženého řešení je znázorněno na přiloženém výkresu obr. 1, kde obrobkem je vačka opatřená válcovou plochou určenou k upnutí, na obr. 2 je znázorněna situace po korekci chyby upnutí, kdy referenční tvar obvodové plochy uložený v referenčním moduluje obsažen v obvodové ploše upnutého obrobku. Korekci chyby lze provést buďto manuálně opakovaným upnutím nebo automaticky pomocí programu v referenčním modulu.An exemplary diagram of an embodiment of the proposed solution is shown in the accompanying drawing Fig. 1, where the workpiece is a cam provided with a cylindrical surface to be clamped, Fig. 2 shows a situation after correction of a clamping error when the reference shape of the circumferential surface stored in the reference module clamped workpiece. Error correction can be performed either manually by repeated clamping or automatically by a program in the reference module.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Zařízení podle vynálezu je určené pro kalibraci upnutého obrobku B tvořeného kruhovou nebo válcovou plochou K určenou k upnutí a obvodovou plochou A určenou k obrábění. Proti obvodové ploše A obrobku B směřuje senzor M vzdálenosti indikující vzdálenost Π obvodové plochy A od senzoru M vzdálenosti. Výstup ze senzoru M vzdálenosti je veden do vyhodnocovacího modulu V, do kterého je zaveden výstup z referenčního modulu R obsahující požadovanou vzdálenost II obvodové plochy A od senzoru M vzdálenosti ve shodném místě. Výstup z vyhodnocovacího modulu V je přiveden do výstupního modulu F znázorňující geometrickou odchylku změřené vzdálenosti obvodové plochy A od požadované. Obrobek B je oproti senzoru M vzdálenosti radiálně pootočitelný.The device according to the invention is intended for calibration of a clamped workpiece B formed by a circular or cylindrical surface K to be clamped and a circumferential surface A to be machined. A distance sensor M indicating the distance Π of the circumferential surface A from the distance sensor M faces the circumferential surface A of the workpiece B. The output from the distance sensor M is led to the evaluation module V, into which the output from the reference module R containing the required distance II of the peripheral surface A from the distance sensor M at the same place is introduced. The output of the evaluation module V is fed to the output module F showing the geometric deviation of the measured distance of the peripheral surface A from the desired one. Workpiece B is radially rotatable relative to the distance sensor M.

Po upnutí obrobku B do sklíčidla, v tomto případě tvořeného vačkou, se zacílí senzor M vzdálenosti na válcovou plochu K, za kterou je obrobek B upnut. K tomuto prvnímu měření I lze využít stávající senzor M vzdálenosti, který je uzpůsobený pro krátkodobé přesměrování pro tento účel. Při zjištění rozdílu souřadného systému S₂ stroje se souřadným systémem S₂ obrobku je nezbytné tyto souřadné systémy sjednotit. Nejjednodušeji se čelisti sklíčidla očistí a obrobek B se opakovaně upne, nebo u automatizovaných systémů provede stroj korekci výchylky automaticky. Při zjištění shody souřadného systému stroje S₂ se souřadným systémem obrobku B, se druhým měřením II zjistí vzdálenost obvodové plochy obrobku A od senzoru M vzdálenosti. Zjištěný údaj měření II je veden do vyhodnocovacího modulu V, ve kterém se provede porovnání zjištěného údaje měření II s požadovaným údajem vzdálenosti ve shodném místě z referenčního modulu R. V referenčním modulu R je uložen referenční tvar obvodové plochy obrobku B. Rozdíl zjištěné vzdálenosti měřením Π a požadované vzdálenosti z vyhodnocovacího modulu V je přiveden do výstupního modulu F, který určí požadované natočení a obrobku B, při kterém je obvodová plocha A obrobku B obsažena v referenčním tvaru obvodové plochy A_g uloženém v referenčním modulu R. Natočení lze provést ručně do meze, až výstupní modul F zaznamená shodu natočení obvodových ploch. V jiném případě lze za výstupní modul F připojit řídicí jednotku S servopohonů, která požadované natočení g upnutého obrobku provede samočinně. Tím je obrobek B ustaven do výchozí polohy a připraven k opracování.After clamping the workpiece B into the chuck, in this case formed by a cam, the distance sensor M is aimed at the cylindrical surface K behind which the workpiece B is clamped. An existing distance sensor M can be used for this first measurement I, which is adapted for short-term redirection for this purpose. When determining the difference between the S ₂ coordinate system of the machine and the S ₂ coordinate system of the workpiece, it is necessary to unify these coordinate systems. The easiest way is to clean the chuck jaws and clamp workpiece B repeatedly, or for automated systems, the machine automatically corrects the deflection. When the conformity of the machine coordinate system S ₂ with the workpiece coordinate system B is determined, the distance of the peripheral surface of the workpiece A from the distance sensor M is determined by the second measurement II. The determined measurement data II is fed to the evaluation module V, in which the detected measurement data II is compared with the required distance data at the same place from the reference module R. The reference shape R stores the reference shape of the workpiece circumference B. The difference between the measured distances by measurement Π and the required distance from the evaluation module V is fed to the output module F, which determines the desired rotation and the workpiece B, at which the circumferential surface A of the workpiece B is contained in the circumferential surface reference form A _g stored in the reference module R. The rotation can be performed manually to , until the output module F records the matching of the rotation of the peripheral surfaces. Otherwise, a control unit S of actuators can be connected behind the output module F, which performs the required rotation g of the clamped workpiece automatically. This returns workpiece B to its home position and is ready for machining.

Claims

Device for calibrating a clamped workpiece (B) consisting of a circular or cylindrical surface (K) to be clamped and a circumferential surface (A) to be machined, characterized in that a sensor (M) is directed against the circumferential surface (A) of the workpiece (B) ) distance, the output of which is led to the evaluation module (V), into which the output from the reference module (R) is introduced containing the required distance of the peripheral surface (A) from the distance sensor (M) at the same place where the output from the evaluation module (V) ) is fed to an output module (F), showing the geometric deviation of the measured distance of the peripheral surface (A) from the desired one, the workpiece (B) being radially rotatable relative to the distance sensor (M).

Device according to Claim 1, characterized in that the output is fed from the output module (F) to the actuator control unit (S).