PL207418B1 - Urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie, zwłaszcza do sprawdzania dokładności pozycjonowania i trajektorii ruchów elementów wykonawczych.

W przemyś le istnieje potrzeba sprawdzania dokł adnoś ci pozycjonowania i trajektorii ruchów realizowanych w maszynach sterowanych numerycznie (maszynach NC), na przykład: w obrabiarkach NC, współrzędnościowych maszynach pomiarowych, robotach. W celu pełnego sprawdzania dokładności położeń i ruchów w przestrzeni elementów wykonawczych maszyn stosuje się urządzenie pomiarowe wprowadzające własny układ współrzędnych, niezależny od badanej maszyny.

W polskim zgłoszeniu patentowym P.369495 jest przedstawiony sposób badania dokładności maszyn sterowanych numerycznie, polegający na zastosowaniu sferycznego układu współrzędnych. Opisane tam urządzenie wykorzystuje pręt teleskopowy z czujnikiem określającym całkowitą długość pręta i dwa czujniki kątów płaskich określających położenie kątowe pręta w przestrzeni. Pręt taki, nazwany prętem wektorowym i oznaczany skrótem VB (Vector Bar), mocowany jest do elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny poprzez przeguby umożliwiające zmiany położenia kątowego pręta. Traktując sygnały z tych trzech czujników jako współrzędne biegunowe można w każdej chwili określić położenie elementu końcowego maszyny w przestrzeni. Porównując zmierzone położenie z położeniem zadanym do układu sterowania numerycznego można uzyskać przestrzenną niepewność maszyny NC w wybranym punkcie sferycznego płata wyznaczonego ograniczeniami wynikającymi z maksymalnych zmian długości i zmian położeń kątowych konkretnego pręta wektorowego VB. W celu badań niepewności koniec pręta może się poruszać wewnątrz tego płata po dowolnej trajektorii.

Znane są także urządzenia pomiarowe do określenia współrzędnych w przestrzeni trójwymiarowej, wykorzystujące przyrządy optyczne do pomiaru zmian długości pręta teleskopowego mocowanego przegubowo w określonych punktach pomiędzy elementem wykonawczym i korpusem obrabiarki. W opisie patentowym US5428446 do pomiaru zmiany długości pręta wykorzystano interferometr optyczny, posiadający źródło promieniowania, na przykład w postaci lasera, układ optyczny i detektor promieniowania na wyjściu układu optycznego połączony z komputerem. Odpowiedni układ jednego lub więcej pomiarowych prętów teleskopowych LBB (Laser Bar Ball) umożliwia określenie położenia punktu w płaskim lub przestrzennym niezależnym układzie współrzędnych.

Urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie, wyposażone w pręt teleskopowy mocowany do pary elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny poprzez przeguby kuliste, czujnik do pomiaru zmiany długości pręta, oraz przyrząd do pomiaru położenia kątowego pręta, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przyrząd do pomiaru położenia kątowego składa się z dwuwymiarowej matrycy elementów światłoczułych przymocowanej do korpusu pierwszego przegubu kulistego, korzystnie przegubu Cardana, oraz źródła strumienia światła przymocowanego do pręta teleskopowego. Oś optyczna źródła strumienia światła padającego na matrycę jest usytuowana w osi geometrycznej pręta teleskopowego.

W korzystnym wykonaniu urządzenia, pierwszy przegub kulisty składa się z widełek połączonych trwale z jedną częścią pręta teleskopowego i z pierścieniowego łącznika połączonego z widełkami i korpusem pierwszego przegubu kulistego poprzez przeguby płaskie. Matryca elementów światłoczułych stanowi matrycę CCD. Źródło strumienia światła stanowi laser. Korpus pierwszego przegubu kulistego ma postać pojemnika, wewnątrz którego jest umieszczona matryca elementów światłoczułych.

Korzystnym jest, jeżeli źródło strumienia światła ma na wyjściu element światłodzielący usytuowany w środku pierwszego przegubu kulistego.

Zastosowanie dwuwymiarowej matrycy elementów światłoczułych umożliwia pomiar kąta przestrzennego jednym czujnikiem, co upraszcza znacznie konstrukcję, zwiększając możliwą do uzyskania dokładność. Dodatkową zaletą zastosowania strumienia laserowego do pomiaru kąta pochylenia może być wykorzystanie innego strumienia lasera do interferometrycznego pomiaru długości pręta tworzącego promień w układzie współrzędnych sferycznych. Ponadto ze źródła strumienia światła można wysyłać rozbieżne wiązki światła w celu zwiększenia zakresu pomiarowego przy określonych wymiarach matrycy elementów światłoczułych.

PL 207 418 B1

Wynalazek jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia urządzenie do pomiaru dokładności maszyn NC w perspektywie.

Przedstawione na fig. 1 urządzenie do pomiaru dokładności maszyn NC jest przeznaczone do badania dokładności położeń i trajektorii w trój-współrzędnościowym układzie XYZ centrum obróbkowego korpusowego. Urządzenie jest wyposażone w pręt teleskopowy 2, 6 z wbudowanym czujnikiem do pomiaru zmiany długości pręta. Pręt teleskopowy 2, 6 jest mocowany do paty elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny, wrzeciona i stołu, poprzez dwa przeguby kuliste umożliwiające zmianę położenia kątowego pręta. Pomiar położenia kątowego pręta jest realizowany przez przyrząd złożony z dwuwymiarowej matrycy 8 elementów światłoczułych i laserowe źródło strumienia światła 7 padającego na matrycę 8. Matryca 8 jest przymocowana do korpusu 5 pierwszego przegubu kulistego, stanowiącego przegub Cardana. Drugi przegub kulisty ma postać przegubu kulowego 1. Przegub Cardana składa się z widełek 3 połączonych trwale zjedna częścią 6 pręta teleskopowego 2, 6, oraz pierścieniowego łącznika 4 połączonego z widełkami 3 i korpusem 5 poprzez przeguby płaskie utworzone przez dwie pary gniazd i czopów leżących na dwóch wzajemnie prostopadłych osiach. Korpus 5 ma postać pojemnika, wewnątrz którego jest umieszczona matryca 8 elementów światłoczułych. Matryca 8 ma postać matrycy CCD. Źródło strumienia światła 7 jest przymocowane do jednej części 6 pręta teleskopowego 2, 6 tak, że oś optyczna źródła strumienia światła 7 padającego na matrycę 8 jest usytuowana w osi geometrycznej tego pręta. Na wyjściu źródła strumienia światła 7 jest umieszczony dodatkowo element światłodzielący usytuowany w środku pierwszego przegubu kulistego.

Strumień światła 7 wysyłany przez laserowe źródło tworzy laserowy pręt wektorowy LVB (Laser Vector Bar), który padając na matrycę 8 elementów światłoczułych generuje sygnały określające przestrzenny kąt pochylenia pręta. Sygnały te, oraz sygnały z czujnika mierzącego długość pręta, są przekazywane do komputera, gdzie następuje ich przetworzenie według określonego programu badawczego. W celu zwiększenia zakresu pomiarowego laserowego pręta wektorowego LVB, strumień światła 7 wysyłany ze źródła może być rozdzielony za pomocą elementu światłodzielącego, umieszczonego w środku przegubu Cardana, na dodatkowe wiązki, rozbieżne pod określonym kątem względem strumienia światła 7.

Przez porównanie zmierzonego położenia jednego z elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny z położeniem zadanym do układu sterowania numerycznego centrum, można uzyskać przestrzenną niepewność maszyny NC w wybranym punkcie sferycznego płata wyznaczonego ograniczeniami wynikającymi z maksymalnych zmian długości pręta teleskopowego 2, 6 i zmian położeń kątowych laserowego pręta wektorowego LVB. Podczas badania przestrzennej niepewności maszyny NC koniec pręta może się poruszać wewnątrz tego płata po dowolnej trajektorii.

Zastosowanie przegubu Cardana z pierścieniowym łącznikiem 4 ułatwia obsługę urządzenia i prowadzenie pomiaru. Możliwe jest także wykorzystanie innego strumienia lasera do interferometrycznego pomiaru długości pręta tworzącego promień w układzie współrzędnych sferycznych.

Claims (6)

1. Urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie, wyposażone w pręt teleskopowy mocowany do pary elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny poprzez przeguby kuliste, czujnik do pomiaru zmiany długości pręta, oraz przyrząd do pomiaru położenia kątowego pręta, znamienne tym, że przyrząd do pomiaru położenia kątowego składa się z dwuwymiarowej matrycy (8) elementów światłoczułych przymocowanej do korpusu (5) pierwszego przegubu kulistego, korzystnie przegubu Cardana, oraz źródła strumienia światła (7) przymocowanego do pręta teleskopowego (2, 6) przy czym oś optyczna źródła strumienia światła (7) padającego na matrycę (8) jest usytuowana w osi geometrycznej pręta teleskopowego (2, 6).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwszy przegub kulisty składa się z widełek (3) połączonych trwale z jedną częścią pręta teleskopowego (2, 6), oraz z pierścieniowego łącznika (4) połączonego z widełkami (3) i korpusem (5) poprzez przeguby płaskie.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że matryca (8) elementów światłoczułych stanowi matrycę CCD.

PL 207 418 B1

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że źródło strumienia światła (7) stanowi laser.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że korpus (5) ma postać pojemnika, wewnątrz którego jest umieszczona matryca (8).

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że źródło strumienia światła (7) ma na wyjściu element światłodzielący usytuowany w środku pierwszego przegubu kulistego.