RU177292U1

RU177292U1 - CORNERING MACHINE

Info

Publication number: RU177292U1
Application number: RU2017117709U
Authority: RU
Inventors: Алексей Валерьевич Кирьянов
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-02-15

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к области измерений механических и геометрических параметров объектов. Углоизмерительная машина содержит считывающую измерительную головку, аэростатический шпиндель, предметный столик для размещения контролируемого объекта, угловой рабочий датчик с измерительным растром, находящийся между упомянутыми столиком и шпинделем. На датчике установлена одна считывающая головка, размещённая в одной плоскости со считывающей измерительной головкой. Функции необходимого в измерительной системе референтного датчика выполняются в упомянутой машине за счет установки на рабочий датчик дополнительных n позиционно-считывающих головок, где n ≥ 2, причем одна из этих головок может служить в качестве считывающей головки рабочего датчика. Технический результат: уменьшение материальных затрат на изготовление и эксплуатацию УИМ при сохранении её исходных высоких метрологических показателей. 1 ил.The utility model relates to measuring technique, in particular to the field of measurements of mechanical and geometric parameters of objects. The angle measuring machine comprises a reading measuring head, an aerostatic spindle, a stage for placing the object to be monitored, an angular working sensor with a measuring raster located between the stage and the spindle. The sensor has one reading head located in the same plane as the reading measuring head. The functions of the reference sensor required in the measuring system are performed in the aforementioned machine by installing additional n position-reading heads on the working sensor, where n ≥ 2, and one of these heads can serve as the reading head of the working sensor. Effect: reduction of material costs for the manufacture and operation of UIM while maintaining its initial high metrological indicators. 1 ill.

Description

Полезная модель углоизмерительной машины (УИМ) относится к измерительной технике, в частности к области измерений механических и геометрических параметров объектов.A useful model of an angle measuring machine (UIM) relates to measuring technique, in particular, to the field of measuring the mechanical and geometric parameters of objects.

Известен способ измерения отклонений положений штрихов в измерительных шкалах, растрах, лимбах, кодовых дисках и т.д., называемых обобщённо как углоизмерительные структуры (УИС), который реализует дифференциальный метод измерения отклонений положений штрихов от их идеального расположения (см. Кирьянов В.П., Кирьянов А.В., Чуканов В.В. «Использование дифференциального метода измерений для контроля точности прецизионных углоизмерительных структур» // Автометрия, 2016, т.52, №4, стр. 45 - 52). Технически для этого в устройстве, реализующем данный метод измерений, использовался шпиндельный узел специальной конструкции (см. патент РФ №83133 на полезную модель «Шпиндельный узел», авторы Кирьянов В.П., Кирьянов А.В.), содержащий аэростатический шпиндель, предметный столик (планшайбу) для установки контролируемого объекта и два угловых датчика: рабочий и референтный. При этом в рабочем угловом датчике используется только одна позиционно-считывающая головка, установленная в одной плоскости со считывающей измерительной головкой УИМ, используемой для снятия информации с контролируемого объекта, размещённого на предметном столике УИМ. При считывании данных с контролируемой УИС с помощью считывающей измерительной головки УИМ результат измерений содержит суперпозицию погрешностей измерения, обусловленных:There is a method of measuring deviations of the positions of strokes in measuring scales, rasters, limbs, code disks, etc., referred to collectively as angle measuring structures (UIS), which implements a differential method for measuring deviations of the positions of strokes from their ideal location (see Kiryanov V.P. ., Kiryanov AV, Chukanov VV “Using the differential measurement method to control the accuracy of precision angle-measuring structures” // Avtometriya, 2016, vol. 52, No. 4, pp. 45 - 52). Technically, for this, in a device that implements this measurement method, a special design spindle assembly was used (see RF patent No. 83133 for the “Spindle assembly” utility model, authors Kiryanov VP, Kiryanov AV) containing an aerostatic spindle, subject a table (faceplate) for installing the controlled object and two angle sensors: a working one and a reference one. In this case, in the working angle sensor, only one position-reading head is used, installed in the same plane as the UIM reading head used to remove information from the controlled object located on the UIM object stage. When reading data from a monitored UIS using a UIM reading head, the measurement result contains a superposition of measurement errors due to:

а) погрешностью изготовления данного контролируемого растра,a) the manufacturing error of this controlled raster,

б) погрешностью задания референтных угловых меток от референтного датчика УИМ,b) the error of the reference angular marks from the reference sensor UIM,

в) погрешностью от смещения контролируемого растра относительно считывающей головки УИМ из-за паразитных движений оси ротора шпинделя, обусловленных остаточным дисбалансом вращающихся частей шпиндельного узла,c) the error from the displacement of the monitored raster relative to the readout head of the UIM due to spurious movements of the axis of the spindle rotor due to the residual imbalance of the rotating parts of the spindle assembly,

г) неточностью изготовления ротора шпинделя,d) the inaccuracy of the manufacture of the spindle rotor,

д) отклонением траектории сканирования контролируемого растра считывающей измерительной головкой УИМ из-за неточной установки (эксцентриситета) контролируемого растра относительно оси вращения ротора шпинделя.e) deviation of the scanning path of the monitored raster by the UIM reading head due to inaccurate installation (eccentricity) of the monitored raster relative to the axis of rotation of the spindle rotor.

Из всего набора погрешностей для оценки качества контролируемого объекта интерес представляет только составляющая «а», остальные - относятся к искажающим, дестабилизирующим факторам.Of the entire set of errors for assessing the quality of the controlled object, only component “a” is of interest, the rest are related to distorting, destabilizing factors.

Аналогичный результат получается при считывании данных с рабочего растра с помощью его единичной позиционно-считывающей головки.A similar result is obtained when reading data from a working raster using its unit position-reading head.

Считывание данных с референтного растра с помощью нескольких позиционно-считывающих головок, работающих параллельно, позволяет за счёт т.н. принципа путевого усреднения (см. В.Ф. Ионак, Приборы кинематического контроля // М.: Машиностроение, 1981) подавить вклады ряда гармоник кривой погрешности референтного растра. Например, для случая 8-ми считывающих головок будет подавлено действие всех (2³ -1) первых гармоник (т.е. первых 7-ми гармоник), всех последующих нечётных гармоник, а также ряда последующих чётных, номера которых образованы умножением 2, 4 и 8 на все нечётные числа. Следствием этого является повышение точности задания текущего значения угла поворота.Reading data from the reference raster with the help of several position-reading heads working in parallel allows for the so-called the path averaging principle (see V.F. Ionak, Kinematic Control Devices // M .: Mashinostroenie, 1981) to suppress the contributions of a number of harmonics of the error curve of the reference raster. For example, for the case of 8 read heads, the action of all (2 ³ -1) first harmonics (i.e., the first 7 harmonics), all subsequent odd harmonics, as well as a series of subsequent even harmonics, the numbers of which are formed by multiplying 2, will be suppressed 4 and 8 on all odd numbers. The consequence of this is to increase the accuracy of setting the current value of the angle of rotation.

Для того чтобы иметь возможность отделить собственную погрешность изготовления контролируемого растра от сопутствующих (дестабилизирующих) составляющих, вносимых измерительной установкой (УИМ), при использовании дифференциального метода предварительно измеряют погрешность изготовления рабочего растра. При этом файл данных, содержащий информацию об угловой погрешности рабочего растра, измеряют с помощью дополнительного измерительного средства и затем фиксируют в памяти компьютера, управляющего работой измерительной установкой.In order to be able to separate the own error in the manufacture of the controlled raster from the accompanying (destabilizing) components introduced by the measuring unit (UIM), when using the differential method, the error in the manufacture of the working raster is preliminarily measured. In this case, the data file containing information about the angular error of the working raster is measured using an additional measuring tool and then recorded in the memory of the computer that controls the operation of the measuring unit.

Для получения информации о погрешности изготовления контролируемого объекта последний устанавливают на планшайбе ротора, тщательно балансируют ротор шпинделя вместе с предметным столиком и объектом контроля и производят одновременное измерение пространственного положения штрихов контролируемого и рабочего растров относительно штрихов референтного растра. Затем сравнивают результат измерения рабочего растра с результатом, хранящимся в памяти компьютера. Разность результатов измерения пространственного положения штрихов рабочего растра характеризует искажающий вклад измерительной установки в результат единичного измерения положения штрихов рабочего растра. Этот вклад включает в себя погрешность задания меток от референтного датчика, погрешность от смещения рабочего растра относительно его считывающей головки из-за паразитных движений оси ротора шпинделя, обусловленных остаточным дисбалансом вращающихся частей шпиндельного узла. Составляющие погрешности от неточности изготовления ротора шпинделя и из-за отклонения от идеальной траектории сканирования рабочего растра головкой, обусловленной наличием эксцентриситета рабочего растра относительно оси вращения ротора шпинделя учитываются в файле данных, зафиксированных в памяти управляющего компьютера.To obtain information about the manufacturing error of the controlled object, the latter is installed on the rotor faceplate, the spindle rotor is carefully balanced with the stage and the control object, and the spatial position of the strokes of the controlled and working rasters is simultaneously measured relative to the strokes of the reference raster. Then, the result of measuring the working raster is compared with the result stored in the computer's memory. The difference in the results of measuring the spatial position of the strokes of the working raster characterizes the distorting contribution of the measuring setup to the result of a single measurement of the position of the strokes of the working raster. This contribution includes the error in setting marks from the reference sensor, the error from the displacement of the working raster relative to its read head due to spurious movements of the axis of the spindle rotor due to residual imbalance of the rotating parts of the spindle assembly. The component errors from the inaccuracy of manufacturing the spindle rotor and due to deviation from the ideal scanning path of the working raster by the head due to the presence of an eccentricity of the working raster relative to the axis of rotation of the spindle rotor are taken into account in the data file recorded in the memory of the control computer.

Если считывающая измерительная головка УИМ и позиционно-считывающая головка рабочего датчика находятся в одной плоскости, то выделенные причины действуют в равной мере и на контролируемый растр и, соответственно, искажают результат измерений. Поэтому полученная разность характеризует дестабилизирующий вклад УИМ. И для его компенсации полученную разность вычитают из результатов измерения положения штрихов контролируемого растра.If the read-out measuring head of the UIM and the position-reading head of the working sensor are in the same plane, then the selected causes act equally on the monitored raster and, accordingly, distort the measurement result. Therefore, the resulting difference characterizes the destabilizing contribution of PIM. And to compensate for it, the difference obtained is subtracted from the measurement results of the strokes of the monitored raster.

К недостаткам известной УИМ, реализующей указанный дифференциальный метод измерения, относится необходимость использования двух угловых датчиков, устанавливаемых по обе стороны относительно шпинделя установки, что существенно удорожает изготовление и эксплуатацию УИМ. Техническая реализация указанного дифференциального метода измерения в составе УИМ, использующей шпиндельный узел специальной конструкции (см. патент РФ №83133 на полезную модель «Шпиндельный узел», авторы Кирьянов В.П., Кирьянов А.В.), содержащий аэростатический шпиндель, предметный столик (планшайбу) для установки контролируемого объекта и два угловых датчика: рабочий и референтный - взята за прототип.The disadvantages of the well-known PIM that implements the specified differential measurement method include the need to use two angle sensors mounted on both sides relative to the installation spindle, which significantly increases the cost of manufacturing and operating the PIM. Technical implementation of the indicated differential measurement method as part of a UIM using a spindle assembly of a special design (see RF patent No. 83133 for the utility model “Spindle assembly”, authors Kiryanov VP, Kiryanov AV), containing an aerostatic spindle, a stage (faceplate) for installing a controlled object and two angle sensors: working and reference - taken as a prototype.

Автором ставилась задача разработать конструкцию УИМ, свободную от указанных недостатков известной конструкции УИМ и обеспечивающую меньшие материальные затраты на изготовление и эксплуатацию УИМ при сохранении её исходных высоких метрологических показателей.The author set the task to develop the design of the IMP, free from the indicated drawbacks of the known design of the IMP and providing lower material costs for the manufacture and operation of the IMP while maintaining its original high metrological indicators.

Поставленная задача решается тем, что оба угловых датчика УИМ: референтный и рабочий - реализованы на основе комбинированного углового датчика, использующего общий измерительный растр, при этом считывающая головка рабочего датчика может входить в состав считывающих головок референтного датчика.The problem is solved in that both angular UIM sensors: reference and working - are implemented on the basis of a combined angular sensor using a common measuring raster, while the read head of the working sensor can be part of the reading heads of the reference sensor.

Технический эффект заявляемого технического решения заключается в сокращении материальных затрат на изготовление и эксплуатацию УИМ при сохранении её высоких метрологических показателей.The technical effect of the proposed technical solution is to reduce material costs for the manufacture and operation of UIM while maintaining its high metrological indicators.

На фиг.1. представлена схема УИМ с комбинированным угловым датчиком, где 1 - считывающая измерительная головка УИМ, 2 - контролируемая УИС, 3 - предметный столик (планшайба), 4 - позиционно-считывающая головка рабочего датчика, 5 - аэростатический шпиндель УИМ, 6 - двигатель вращения ротора шпинделя, 7 - измерительный растр комбинированного датчика, 8 - позиционно-считывающие головки референтного датчика, 9 - формирователь квадратур референтного датчика, 10 - формирователь квадратур рабочего датчика, 11 - контроллер УИМ.In figure 1. a UIM scheme with a combined angular sensor is presented, where 1 is a UIM reading measuring head, 2 is a monitored AIS, 3 is a stage (faceplate), 4 is a position-reading head of a working sensor, 5 is a UIM aerostatic spindle, 6 is a spindle rotor rotation motor , 7 - measuring raster of the combined sensor, 8 - position-reading heads of the reference sensor, 9 - quadrature driver of the reference sensor, 10 - driver quadrature driver, 11 - UIM controller.

Заявляемая углоизмерительная машина (УИМ) работает следующим образом. Предлагаемая УИМ содержит аэростатический шпиндель 5 с вертикальной осью вращения, ротор которого приводится во вращение двигателем 6. На верхнем фланце ротора устанавливается предметный столик (планшайба) 3, на котором размещают контролируемый объект 2 - углоизмерительную структуру (УИС). Угловое положение штрихов УИС определяется с помощью считывающей головки 1 УИМ. В непосредственной близости от контролируемого объекта 2 установлен комбинированный угловой датчик, состоящий из измерительного растра 6 и позиционно-считывающих головок 4 и 8. При этом комбинация позиционно-считывающей головки 4 и измерительного растра 6 образуют рабочий датчик, а комбинация позиционно-считывающих головок 8 и измерительного растра 6 образуют - референтный датчик. На фиг.1 представлено, что восемь позиционно-считывающих головок, образующих референтный датчик, установлены вокруг измерительного растра 6 равномерно через каждые 45°. Это позволяет подавить действие ряда факторов и с высокой точностью синтезировать с помощью формирователя квадратур 9 и контроллера 11 сетку угловых меток. Позиционно-считывающая головка, обозначенная на фиг.1 номером 4, входящая в состав как рабочего, так и референтного датчиков, устанавливают в позиции, при которой она оказывается в одной плоскости со считывающей головкой 1 УИМ. Из теории угловых датчиков известно, что каждая в отдельности считывающая головка формирует выходной сигнал, содержащий в себе искажающий вклад от неточности изготовления измерительного растра, от неточности траектории сканирования растра (как от эксцентриситета установки его на ось вращения, так и от воздействия дисбаланса ротора и от биений подшипников ротора). В то время, как формирование из выходных сигналов всех позиционно-считывающих головок, установленных с равным шагом вдоль образующей измерительного растра, одного общего сигнала позволяет за счёт действия т.н. путевого усреднения подавить действие ряда дестабилизирующих факторов и повысить точность измерения угла поворота. Если при этом регистрировать отдельно результат измерений, получаемый с помощью считывающей головки 4 и формирователя квадратур 10, то он будет полностью тождественен выходному сигналу рабочего датчика прототипа, в то время как синтезированный из выходных сигналов головок 4 и 8 формирователем 9 выходной сигнал будет полностью тождественен выходному сигналу референтного датчика прототипа.The inventive angle measuring machine (UIM) operates as follows. The proposed UIM contains an aerostatic spindle 5 with a vertical axis of rotation, the rotor of which is rotated by the engine 6. On the upper flange of the rotor, an object stage (faceplate) 3 is mounted on which the controlled object 2 is placed — an angle measuring structure (UIS). The angular position of the UIS strokes is determined using the UIM read head 1. In the immediate vicinity of the controlled object 2, a combined angular sensor is installed, consisting of a measuring raster 6 and position-reading heads 4 and 8. Moreover, the combination of the position-reading head 4 and measuring raster 6 form a working sensor, and the combination of position-reading heads 8 and measuring raster 6 form a reference sensor. Figure 1 shows that eight position-reading heads forming a reference sensor are installed around the measuring raster 6 evenly every 45 °. This allows you to suppress the action of a number of factors and with high accuracy to synthesize using a quadrature generator 9 and controller 11 a grid of corner marks. Position-reading head, indicated in figure 1 by number 4, which is part of both the working and reference sensors, is installed in the position at which it is in the same plane with the reading head 1 of the UIM. From the theory of angular sensors it is known that each individually read head generates an output signal that contains a distorting contribution from inaccuracy of the manufacturing of the measuring raster, from inaccuracy of the scanning path of the raster (both from the eccentricity of its installation on the rotation axis, and from the effects of the rotor imbalance and from beats of rotor bearings). While the formation of the output signals of all position-reading heads installed with equal steps along the generatrix of the measuring raster, one common signal allows due to the action of the so-called path averaging suppress the effect of a number of destabilizing factors and improve the accuracy of measuring the angle of rotation. If, at the same time, the measurement result obtained using the read head 4 and quadrature shaper 10 is recorded separately, then it will be completely identical to the output signal of the prototype working sensor, while the output signal synthesized from the output signals of heads 4 and 8 by the shaper 9 will be completely identical to the output the signal of the reference sensor of the prototype.

Таким образом, предлагаемая конструкция комбинированного углового датчика позволяет обеспечить высокую точность контроля УИС при заметном сокращении материальных затрат на изготовление и эксплуатацию УИМ.Thus, the proposed design of the combined angle sensor allows for high accuracy of control of the MIS with a noticeable reduction in material costs for the manufacture and operation of the UIM.

Claims

An angle measuring machine comprising a reading measuring head, an aerostatic spindle, a stage for placing the object to be monitored, an angular working sensor with a measuring raster located between the said table and the spindle, while on the sensor there is one reading head located in the same plane as the reading measuring head, characterized in that the functions of the reference sensor required in the measuring system are performed in the said machine by setting on the working date chik additional n position-reading heads, where n ≥ 2, and one of these heads can serve as the reading head of the working sensor.