PL164428B1 - Czujnik elektrostykowy do wykrywania dotkniec pomiarowych PL - Google Patents

Abstract

Czujnik elektrostykowy do wykrywania do-- tkniec pomiarowych podczas pomiaru przedmiotów obrabianych i narzedzi na obrabiarce obejmujacy obu- dowe, w której za pomoca klocka osadzony jest suw- liw ie ruchom y drazek, zak on czon y konców ka dotykowa, znam ienny tym , ze posiada jeden zespól pryzmy (4,5) z podpora (6), przy czym jeden z tych elementów - pryzma (4,5) lub podpora (6) - zwiazany jest z ruchomym drazkiem, a drugi jest nieruchomy, oraz jeden zespól dwu zderzaków (7,8), z których jeden zwiazany jest ruchomym drazkiem (3), a drugi jest nieruchomy, a ruchomy drazek (3) polaczony jest z obudowa (1) za pomoca co najmniej jednego ele- mentu elastycznego (9), powodujacego przyleganie elementów pryzmy (4,5) do podpory (6), oraz zderza- ków (7,8) do siebie. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik elektrostykowy do wykrywania dotknięć pomiarowych w jednej płaszczyźnie, zwłaszcza podczas pomiaru przedmiotów obrabianych i narzędzi na obrabiarkach.

Znane rozwiązania czujników dotykowych w najprostszym wykonaniu obejmują umieszczoną w korpusie jedną parę styków, z których jeden - nieruchomy - mocowany jest do korpusu, a drugi sprzężony jest z końcówką dotykową, zamocowaną przesuwnie w korpusie. Zetknięcie się końcówki dotykowej z przedmiotem powoduje jej przesunięcie w korpusie, a przez to zmianę stanu styków (złączenie lub rozłączenie). Czujnik taki może być umieszczony na przykład na suporcie krzyżowym, wyposażonym w urządzenia do pomiaru położenia suportu względem przyjętego punktu odniesienia. Pomiar czujnikiem polega na dosuwaniu końcówki dotykowej do mierzonego przedmiotu lub narzędzia i rejestrowaniu położenia suportu w momencie zmiany stanu styków.

Zarejestrowane położenie jednego lub kilku elementów przedmiotu lub narzędzia pozwala określić ich położenie względem tego punktu odniesienia.

Czynności pomiarowe może wykonywać operator, jednak częściej przebiegiem pomiaru steruje odpowiednio przystosowane urządzenie, które ma możliwość sterowania ruchami suportu krzyżowego, otrzymuje też informacje o położeniu suportu względem punktu odniesienia, oraz o stanie styków czujnika.

Opisany czujnik reaguje zasadniczo na nacisk wyłącznie w jednym kierunku, co często jest niewystarczające. Aby zapewnić możliwość dotykania przedmiotu z różnych kierunków stosuje się kombinację kilku czujników dotykowych, co ze względu na nich wzajemną kolizyjność jest niewygodne, rośnie też ilość sygnałów pomiarowych, komplikując budowę urządzeń sterujących.

Stosowane są również czujniki dotykowe, wyposażone w styki ruchome najczęściej w liczbie trzech, ułożone w wierzchołkach trójkąta równobocznego na powierzchni wychylnej tarczy. Styki te mają najczęściej kształt kulisty, a naprzeciwko każdego z nich rozmieszczone są styki nieruchome, w kształcie wklęsłej pryzmy, rozdzielonej na dwie części, odizolowane od siebie elektrycznie. Po ułożeniu styków ruchomych w pryzmach i dociśnięciu sprężyną - tarcza wychylna zajmuje jednoznaczne położenie przestrzenne. Jednocześnie każdy z kulistych styków ruchomych opiera się o obydwie powierzchnie pryzmatycznego styku nieruchomego, łącząc je ze sobą elektrycznie. Kolejne styki nieruchome łączone są między sobą szeregowo, a skrajne styki wprowadzone są na zewnątrz. Prostopadle do płaszczyzny ułożenia styków i po stronie przeciwległej niż sprężyna - umocowany jest do tarczy wychylnej sztywny drążek, którego

164 428 wolny koniec posiada wymienną końcówkę dotykową, w zależności od przeznaczenia dobranym kształcie. Wychylenie tego drążka w jakimkolwiek kierunku, leżącym w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny ułożenia styków - powoduje wychylenie tarczy z położenia spoczynkowego i oderwanie co najmniej jednego styku ruchomego od współpracującego z nim styku nieruchomego, a przez to otwarcie szeregowego obwodu styków. Podobny efekt uzyskiwany jest przy osiowym nacisku na wymieniony drążek. Tak wykonany czujnik określany jest jako pracujący w przestrzeni 2 i 1/2 - wymiarowej (2 1/2 D). Sygnały zmiany stanu styków czujnika dotykowego są wyjściowymi danymi dla prowadzonego pomiaru w sposób analogiczny jak dla czujnika z jedną parą styków.

Czujniki dotykowe, pracujące w przestrzeni 2 i 1/2 - wymiarowej mają szerokie zastosowanie, szczególnie dla realizacji tzw. aktywnego sterowania dokładnością obróbki na precyzyjnych obrabiarkach skrawających. Ich koszt jest jednak wysoki. W wielu zastosowaniach, na przykład w tokarkach - wystarczające jest użycie czujnika dotykowego o organiczonej przestrzeni działania, na przykład 1 i 1/2 D’. Zbyt wiele stopni swobody końcówki dotykowej czujnika 2 i 1/2 D staje się często nawet przeszkodą w prawidłowym przebiegu procesu pomiaru. Ma to miejsce szczególnie gdy pomiar odbywać się powinien podczas ruchu końcówki dotykowej po powierzchni mierzonego przedmiotu. Podczas przesuwania końcówki dotykowej znanego czujnika dotykowego 2 1/2 D po powierzchni nieprostopadłej do niej - ma ona tendencję do uciekania w bok, przez co nie wykonuje ona zamierzonego toru ruchu pomiarowego i powoduje powstanie znacznych błędów pomiarowych.

Celem wynalazku jest zaproponowanie budowy czujnika dotykowego o celowo dobranej liczbie stopni swobody końcówki dotykowej, eliminującej wady i ułomności znanych czujników dotykowych typu 2 1!^ D w zastosowaniu do pomiaru powierzchni podczas ruchu, szczególnie powierzchni obłych. Liczba elementów składowych czujnika i koszt ich wykonania są zredukowane do niezbędego minimum.

Istota czujnika elektrostykowego według wynalazku polega na tym, że ruchomy i osadzony suwliwie w obudowie czujnika za pomocą klocka drążek, zakończony końcówką dotykową posiada jeden zespół pryzmy z podporą, oraz jeden zespół dwu zderzaków. Jeden z elementów: pryzma lub podpora, i jeden ze zderzaków związany jest z ruchomym drążkiem, a drugi z tych elementów jest nieruchomy. Drążek połączony jest z obudową za pomocą co najmniej jednego elementu elastycznego, który zapewnia przyleganie pryzmy do podpory, oraz obu zderzaków do siebie. Zarówno pryzma z podporą jak i oba zderzaki spełniają jednocześnie rolę styków elektrycznych, które tworzą obwód zamknięty, gdy ruchomy drążek znajduje się w położeniu spoczynkowym.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku w widoku z przodu. Czujnik obejmuje obudowę 1, w której za pomocą klocka 2 osadzony jest suwliwie w obu wzajemnie prostopadłych kierunkach drążek 3, zaopatrzony w osadzoną na swobodnym końcu końcówkę dotykową 10. Na przeciwległym końcu drążka zamocowane są elementy 4, 5, tworzące wraz z nieruchomym walcem 6 zespół pryzmy 4,5 z podporą 6. Pomiędzy elementami 4, 5, a końcówką dotykową 10 osadzony jest na drążku zderzak 7, a naprzeciwko niego zderzak nieruchomy 8. Drążek połączony jest z obudową za pomocą elementu elastycznego 9, usytuowanego tak, aby elementy 4, 5, stykały się z walcem 6, a zderzaki ruchomy 7 i nieruchomy 8 stykały się z sobą.

Dzięki odpowiedniemu usytuowaniu zespołów pryzmy 4,5 z podporą 6 oraz zespołu dwu zderzaków 7, 8 względem swobodnego końca ruchomego drążka 3, a także właściwemu doborowi sztywności elementu elastycznego 9 - zapewnione jest odchylenie końcówki dotykowej 10, umocowanej do swobodnego końca ruchomego drążka po torze zależnym tylko od odległości wzajemnej pomiędzy zespołem pryzmy z podporą a zespołem dwu zderzaków i ich odległości od powierzchni roboczej końcówki dotykowej oraz od przestrzennego ułożenia powierzchni roboczych tych zespołów i przez odpowiedni dobór kształtu i rozmieszczenia tych powierzchni możliwe jest uzyskanie odchylenia końcówki dotykowej po celowym, z góry założonym torze. Pryzma 4, 5 z podporą 6 oraz zespół dwu zderzaków 7, 8 - ustalające spoczynkowe położenie ruchomego drążka 3 - wykonane są co najmniej w części z materiału przewodzącego prąd elektryczny, są jednak odizolowane elektrycznie od siebie oraz od reszty

164 428 konstrukcji, a dodatkowo pryzma lub podpora składa się z dwu części wzajemnie od siebie odizolowanych i tak usytuowanych, aby każda z tych części - po ułożeniu ruchomego drążka w położeniu spoczynkowym - stykała się tylko z jedną powierzchnią elementu z nią współpracującego. Zespół pryzmy 4, 5 z podporą 6 oraz zespół dwu zderzaków 7, 8 połączone są ze sobą elektrycznie tak, że tworzą szeregowe połączenie trzech par styków: dwu par styków w zespole pryzmy z podporą, oraz jednej pary, utworzonej przez zespół dwu zderzaków. Styki skrajne wyprowadzone są na zewnątrz.

Wychylenie ruchomego drążka 3 z położenia spoczynkowego powoduje otwarcie obwodu elektrycznego styków, co może być sygnałem dla zewnętrznego, znanego urządzenia sterującego procesem pomiaru o dotknięciu końcówki dotykowej do mierzonego przedmiotu lub narzędzia. Urządzenie to może na przykład zarejestrować położenia czujnika dotykowego względem przyjętego punktu odniesienia w momencie otrzymania sygnału o wychyleniu końcówki dotykowej, a w następstwie - określić położenie powierzchni badanego przedmiotu względem tego punktu odniesienia.

Przy odchyleniu drążka 3 pod działaniem siły z kierunku A - następuje oderwanie elementu pryzmy 5 od podpory 6 i ruch końcówki 10 po torze A’ w kierunku A. Pod działaniem siły z kierunku B - następuje wychylenie drążka 3 wokół zderzaka nieruchomego 8 i oderwanie elementu pryzmy 4 od podpory 6, i ruch końcówki dotykowej po torze 8’. Działanie siły z kierunku C powoduje wychylenie drążka 3 wokół podpory 6 i oderwanie ruchomego zderzaka 7 od zderzaka nieruchomego 8, następuje ruch końcówki dotykowej 10 po torze C’.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz

Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Czujnik elektrostykowy do wykrywania dotknięć pomiarowych podczas pomiaru przedmiotów obrabianych i narzędzi na obrabiarce obejmujący obudowę, w której za pomocą klocka osadzony jest suwliwie ruchomy drążek, zakończony końcówką dotykową, znamienny tym, że posiada jeden zespół pryzmy (4,5) z podporą (6), przy czym jeden z tych elementów - pryzma (4,5) lub podpora (6) - związany jest z ruchomym drążkiem, a drugi jest nieruchomy, oraz jeden zespół dwu zderzaków (7,8), z których jeden związany jest ruchomym drążkiem (3), a drugi jest nieruchomy, a ruchomy drążek (3) połączony jest z obudową (1) za pomocą co najmniej jednego elementu elastycznego (9), powodującego przyleganie elementów pryzmy (4,5) do podpory (6), oraz zderzaków (7,8) do siebie.