RU1780930C - Измерительна головка - Google Patents

Abstract

Использование: в гибких производственных модул х на базе станков с числовым программным управлением. Сущность: устройство содержит дифференциальный струнный преобразователь, закрепленный на суппорте станка, аналого-цифровой преобразователь , логический блок, переключатель режимов работы и систему ЧПУ с интерпол тором и блоком коррекции положени  инструмента. Струнный преобразователь снабжен электромагнитами, устройством управлени  положением измерительного наконечника и сменной втулкой с двум  ползунами, касающимис  диаметрально расположенных точек измер емой детали.2 ил.

Description

Изобретение относитс  к станкостроению и может быть использовано в гибких производственных модул х на базе станков с числовым программным управлением (ЧПУ), например токарных.

Известно устройство, содержащее измерительную головку с установленным Ё корпусе дифференциальным датчиком с измерительным наконечником.

Дл  измерени  диаметров измерительный наконечник струнного датчика перемещением суппорта по программе системы ЧПУ ввод т в отверстие детали, обеспечива  последовательно касание наконечником двух диаметрально расположенных точек отверсти  на направлении движени  суппорта.

По числу управл ющих импульсов, поступающих из интерпол тора на исполнительный механизм привода перемещени , и сигналу от АЦП измер ют диаметр отверсти  и формируют сигнал на коррекцию программы механической обработки детали.

Недостатком данного способа устройства  вл етс  ограниченна  точность, обусловленна  погрешностью перемещени  суппорта, относительно большим временем измерени , осуществл емого при замедленной подаче суппорта и, как следствие, низка  производительность.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  внутренних диа1 метров за счет исключени  погрешности дискретности перемещени  суппорта.

На фиг.1 приведена функциональна  схема устройства.

Устройство дл  измерени  внутренних диаметров в системах адаптивного управлени  размерной обработкой содержит датчик линейных перемещений, например, струнного типа, состо щий из двух струн 1,2, размещенных в поле посто нных магнитов 3 возбуждени  колебаний струн 1,2. Неподвижные концы струн 1,2 закреплены на корпусе 4 датчика, закрепленном в кожухе 5. Кожух 5 установлен о гнезде держател  6, размещенном на суппорте 7 станка с ЧПУ.

Подвижные концы струн 1,2 закреплены на рычаге 8, установленном на упругом шарсл

vj 00 О

ю

со о

нире 9, выполненном в виде ленты, середина которого закреплена на рычаге 8, а концы зажаты на корпусе 4. На рычаге 8 закреплен измерительный наконечник 10 со сферическим концом. На наконечнике 10 закреплен шар 11, расположенный в зазоре между двум  ползунами 12 со сферическими торцами с одной стороны и плоскими торцами с другой стороны, обращенными к шару 11,

Ползуны 12 подвижно установлены в сменной втулке 13. К поверхности измер емой детали 14 ползуны 12 прижимаютс  дугообразной пружиной 15. Втулка 13 закреплена на обойме 16 с двум  электромагнитами 17, В зазоре между сердечниками электромагнитов 17 расположен  корь 18, установленный на измерительный наконечнике 10.

Струны 1,2 электрически подключены ко входам автогенераторов 19, 20 соответственно , выходы которых подключены к ин- формационным входам 1,2 АЦП 21, предназначенного дл  получени  цифрового сигнала, пропорционального отношению частот струн 1,2 или периоду колебаний струны 2.

Первый вход управлени  АЦП 21 подключен к первому выходу переключател  23 режимов работы, второй вход управлени  АЦП 21 подключен к второму выходу логического блока 22,предназначенного дл  выработки сигналов управлени  системой, завис щих от сигналов, поступающих от АЦП21, переключател  23 и интерпол тора 24. Выход АЦП 21 подключен ко второму входу логического блока 22. Логический блок выполнен на Сазе микропроцессора серии К580,

Второй выход переключател  23 соединен с первым входом логического блока 22, третий выход которого подключен к блоку электромагнитов и управл ющему входу переключател  23 режимов работы.

Выход интерпол тора 24 системы ЧПУ 26, содержащей блок коррекции 25, св зан через третий вход и первый выход логического блока с исполнительным механизмом 26 привода перемещени  суппорта 7.

Устройство работает следующим образом .

Посредством переключател  23 обеспечиваетс  последовательное выполнение трех режимов работы устройства; режим датчика касани , режима датчике отклонени  и режим двухточечного измерени .

С началом выполнени  программного цикла измерени , предшествующего обработке , по сигналу от переключател  23 устанавливаетс  режим датчика касани . В этом режиме станок выполн ет функции координатно-измерительной машины, результат измерени  получают посредством отсчета координат системы ЧПУ.

АЦП 21 по сигналу от переключател  23

переводитс  в режим измерени  периода колебаний струны 2, На второй информационный вход АЦП 21 поступает сигнал с периодом , равным периоду колебаний струны 2. На выходе АЦП 21 получают цифровой

сигнал, пропорциональный периоду колебаний струны 2.

По программе с системы ЧПУ 26 суппорт 7 с датчиком перемещаетс  с ускоренной подачей из положени  Хо в положение

Хшо координате X неподвижной системы координатXoz, св занной со станиной станке (фиг.2а).

В положении Xi измерительный наконечник 10 (фиг. 1) датчика находитс  на рассто нии 0,3-0,5 мм от поверхности детали (фиг.2а) и занимает положение ХИо в подвижной системе координат ОтХи, св занной с корпусом датчика.

Из положени  Xi датчик перемещаетс 

с замедленной подачей в положение Ха (фиг.2б), а логический блок 22 периодически, с интервалом не более 0,01 с включает АЦП 21 и фиксирует начальное положение Х2 выходного сигнала. В течение времени измерени , меньшего 0,01 с, в АЦП 21 накапливаетс  число импульсов

Мот пд fa РТ2 i

(1)

где пд- множитель периода колебаний струны 2, устанавливаемый в АЦП 21 по сигналу от логического блока 22; fa - частота заполнени  кварцевого генератора АЦП 21; Tz период колебаний струны 2

Т2 -К2(Хи-Хио)Т2о23 ° 5, (2)

гдеТ20 период колебаний струны 2 в положении Хио измерительного наконечника; Хи

- линейное положение конца наконечника 10 относительно корпуса 5 датчика; «2 - конструктивный параметр, завис щий от рассто ни  конца наконечника 10 до оси шарнира 9, размеров рычага 8 и материала

струны 2.

При касании детали 14 наконечник 10 (фиг.1) смещаетс  относительно корпуса датчика в положение Хик1 (фиг.2б), разность Хи - Хио не равна нулю. Выходной сигнал

АЦП принимает значение NK1, отличное от No, логический блок 22 (фиг.1) фиксирует изменение выходного сигнала АЦП 21 и подает сигнал с первого выхода на размыкание цепи между интерпол тором 24 и

исполнительным механизмом 26 привода

суппорта 7, останавлива  датчик в положении Х2.

После остановки в положении Х2 изменение ДМК1 выходного сигнала от АЦП 21 при касании наконечником детали5

ANK1 -NK1 -No

На выходе интерпол тора 24 логическим блоком 22 фиксируетс  число Х2, опре- дел ющее перемещение Хг - Х0 датчика из положени  Х0 в положение Х2.

Описанную выше методику выполнени  измерений осуществл ют сначала дл  образцовой детали-калибра, устанавливаемой в шпинделе вместо обрабатываемой детали , фиксиру  в пам ти логического блока значение Х0 и Х2.

По отклонению разности Х2 - Х0 при контроле обрабатываемого диаметра кор- ректируетс  начальное положение суппорта с резцом. Величина коррекции Ki со своим знаком вводитс  в блок коррекции 25 и соответствует размеру статической настройки

Ki (Х2 - Х0)д - (Х2 - Х0)к,(4)

где индексы Д и К соответствуют установке в шпиндель станка измер емой и образцовой детали.

В режиме датчика касани  суммарна  погрешность измерени  зависит от погрешности ДМК1 срабатывани  АЦП в момент касани ; погрешность перемещени  суппорта из положени  Х0 в положение Х2. завис щей от погрешности дискретности (шага перемещени ), кинематической погрешности механизма привода суппорта; погрешности базировки детали и калибра в шпинделе.

Погрешность измерени  Л N, завис - ща  от ДМк1 тем больше, чем больше скорость поперечной подачи суппорта и врем  накоплени  числа импульсов ДМК1 в счетчике АЦП

AN (5)

В частности, при Т 0,01 с и V 0,5 мм/с, AN 5 мкм, что сравнимо с погрешностью дискретности перемещени  суппор- та.

Таким образом, в режиме датчика касани  необходимым условием, предъ вл емым к адаптивной системе,  вл етс  высокое быстродействие средства измерений. Вре- м  одного измерени  не должно превышать 0,01 с при скорости подачи 0,5 мм/с.

В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа высокое быстродействие обеспе 5

10

15

20 25

чиваетс  измерением в режиме периода АЦП. Дл  уменьшени  вли ни  погрешности базировки датчик перемещени  (фиг.2б) из положени  Х2 в положение Хз. Определ   диаметр разности исключают вли ние смещени  детали в шпинделе на погрешность измерени  внутреннего диаметра.

С целью повышени  точности измерени  путем исключени  погрешности Дм и погрешности дискретности перемещени  суппорта из режима датчика касани  устройство переключаетс  в режим датчика отклонени .

Отличительной способностью этого режима определение измер емого диаметра совместной разработкой, измерительной информации, поступающей по двум независимым каналам, с одной стороны от устройства координат системы ЧПУ, с другой стороны от датчика с АЦП.

Дл  реализации режима датчика отклонени  по сигналу от переключател  23 АЦП устанавливаетс  из режима частотно-цифрового преобразовани  период-код в режим преобразовани  отношени  частот-код, используемый в прототипе.

В течение времени одного измерени  в АЦП 21 накапливаетс  число импульсов

Ы пд- fi -Т2,

(6)

.где f 1 - частота колебаний струны 1, св занна  с перемещением наконечника Хи соотношением

f 1 + Ki(XM - Xno)/fio2f5 (7)

Здесь fio - начальна  частота колебаний струны 1 при положении наконечника Хио; Кч - конструктивный коэффициент, завис щий от рассто ни  конца наконечника 10 до оси шарнира 9, размеров рычага 8 и материала струны 1.

Выборы параметров Т20, fio, Ki, K2 обеспечивают диапазон измерени  D отклонени  размера детали в пределах пол  допуска на обработку, а также допустимое отклонение градуировочной характеристики от линейной зависимости.

Дл  измерени  внутреннего диаметра в режиме отклонени  суппорт с датчиком с замедленной подачей перемещают из положени  Х2 в положение X-i. Координата зависит от положени  нижней границы пол  допуска на обрабатываемый размер в системе координат Хог и диапазон измерени . В положении Хд отклонение наконечника Хи1 в системе координат ОХ/i должно быть близким верхнему пределу измерени  датчика дл  того, чтобы при чистой обработке приближени  к верхней границе пол  допуска не вызвало смещени  наконечника за верхний предел измерени .

Положению Хи1 соответствует выходной сигнал NI АЦП, получаемой из выражени  (6) при подстановке в него вместо fi и Т2 соотношений (2) и (7).

Характеристика (6) соответствует дифференциальной схеме включени  датчика, обеспечивающей измерение с долемикрон- ной погрешностью, что исключает вли ние дискретности перемещени  суппорта на точность контрол . Перемещением суппорта в положение Хзи обработкой сигналов X/i, Xs, N1 и N2, соответствующего положению наконечника ХИ2 исключают составл ющую погрешности от несоосности детали шпиндел .

После первого цикла измерени  внутреннего диаметра осуществл ют обработку, введ  коррекцию положени  инструмента. Последующие измерени  по мере обработки детали не требуют использовани  замедленной подачи суппорта с датчиком. Достаточно по программе переместить датчик с ускоренной подачей в положение Х4 и зафиксировать выходной сигнал средства измерений в новом положении измерительного наконечника. Суммарное врем  измерени  будет определ тьс  временем перемещени  суппорта в положение Х4, временем получени  сигнала NI, временем перемещени  из положени  Х4 в положение Xs и временем получени  сигнала N2, соответствующим положению Хи2 измерительного наконечника (фиг.2в).

Погрешность измерени  будет включать составл ющую от кинематической погрешности механизма перемещени  суппорта и погрешности средства измерений (датчик и АЦП).

С целью исключени  вли ни  кинематической погрешности и увеличени  производительности измерительных операций переключателем 23 устанавливают режим двухточечного измерени .

С выхода 1 переключател  23(фиг. 1) сигнал управлени  поступает на вход 1 АЦП и измен ет множителем периода Пд, сохран   режим измерени  отношени  частот.

Изменение пд необходимо дл  сохранени  чувствительности средства измерений , поскольку в режиме двухточечного измерени  рабоча  длина измерительного наконечника 10 уменьшаетс  и определ етс  рассто нием от шара 11 до оси шарнира 9.

С выхода 2 переключател  23 сигнал управлени  поступает на вход 1 логического блока 22, вырабатывающего импульсы управлени  поступают на исполнительный механизм 27. Суппорт 7 сначала перемещаетс  в положение Хе, соответствующее положению шара 11 на оси шпиндел  (фиг.2в), а

затем в положение Xi (фиг.2г).

В положении Xi сферические торцы ползунов 12 прижимаютс  пружиной 15 к внутренней поверхности детали 14.

С выхода 3 логического блока 22 поступает сигнал управлени  на электромагниты 17, измерительный наконечник 10 перемещаетс  вверх (фиг.2д) в положение Хиз, прижима  шар 11 к плоскому торцу верхнего ползуна 12.

АЦП 21 вырабатывает измерительный сигнал Мз, соответствующий положению Хиз наконечника датчика.

Второй сигнал управлени  логического блока 22, поступающий на электромагниты

12, перемещает наконечник 10 вниз, прижима  шар 11 к плоскому торцу нижнего ползуна 12 (фиг.2е). АЦП 21 вырабатывает измерительный сигнал NI, соответствующий положению наконечника ХИ4.

Результат измерени  отклонени  внутреннего диаметра от номинального значени  определ етс  по разности N3 - N4 и известной грэдуировочной характеристики (6).

Суммарное врем , затрачиваемое на измерение в этом режиме, уменьшаетс  по сравнению с режимом датчика отклонени , поскольку суппорт перемещаетс  по оси X только в одно положение Xi, вместо двух

положений Х4, Xs.

Точность измерени  увеличиваетс , так как погрешность, вызванна  смещением центра шара 11с оси шпиндел , не вли ет на разность Хиз - ХИ4, получаемой по значени м N3, N4 выходного сигнала средства измерений.

При малых диаметрах, несколько больше их диаметра сферы на конце наконечника 10, измерение осуществл ют аналогичным образом, перемеща  наконечник 10 из верхнего положени  в нижнее до касани  конца наконечника 10 с внутренней поверхностью детали 14 при выведенных из отверсти  детали сферических ползупах 12.

Дл  измерени  наружных диаметров в режиме двухточечного измерени  измен ют форму ползунов 12 согласно показанному пунктиром на фиг.2е, обеспечива  охват детали снаружи.

Таким образом, изобретение повышает точность измерени  размеров деталей при обработке резанием на токарных станках с числовым программным управлением,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Измерительна  головка, содержаща  установленный в корпусе дифференциальный датчик с измерительным наконечником , отличающа с  тем, что с целью повышени  точности измерений, головка снабжена установленной на корпусе соосно с наконечником обоймой с двум  электромагнитами ,  корь которых расположен на наконечнике, втулкой, закрепленной на обойме, двум  ползунами, установленными напротив друг друга в выполненных во втулке радиальных отверсти х с возможностью контакта с измер емой поверхностью, и шаром , расположенным на наконечнике между двум  ползунами.

   #8933/

   Фиг. i

   Ч

   Ъ

   N

   V&Qecl

   и

   t

   о

   си