RU2089849C1

RU2089849C1 - Pneumatic-electric pickup of linear dimensions

Info

Publication number: RU2089849C1
Application number: RU93043894A
Authority: RU
Inventors: О.К. Куткин; Б.А. Якимович
Original assignee: Государственное производственное объединение "Воткинский завод"
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1997-09-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: pneumatic-electric pickup of linear dimensions includes measurement unit manufactured in the form of ejector nozzle composed of feeding, outlet and measurement conduits and pneumatic-electric converter composed of photodiode directed on to thermocouple which communicates with low-pressure space of ejector nozzle. Pickup is fitted with air distributor connected to pneumatic-electric converter, circular conduit which diameter is bigger than diameter of outlet conduit of ejector nozzle, second feeding conduit joined to circular conduit. Feeding conduits of measurement unit and circular conduit are connected to air distributor. EFFECT: increased functional reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров, например для автоматического контроля износа режущей части инструмента, применяемого на многооперационных станках с ЧПУ либо в качестве органа технического зрения робота. The invention relates to measuring technique and can be used to measure linear dimensions, for example, to automatically control the wear of the cutting part of a tool used on multi -operational CNC machines or as a robot’s technical vision.

Известно пневматическое устройство для линейных измерений [1] содержащее корпус с внутренней полостью, размещенный в нем поршень, измерительное сопло, отсчетный блок, собранный на m-струйных генераторах колебаний, имеющих различные длины ветвей обратной связи и m-струйных элементах ИЛИ-НЕ ИЛИ и n-силовых сопел, размещенных в поршне параллельно измерительному соплу и пневматически связанных с пневматическим усилителем, управляющий вход которого соединен с линией обратной связи одного из струйных генераторов колебаний. Однако для установки данного устройства, например, на металлорежущий станок с ЧПУ необходимы устройства, преобразующие пневматический сигнал в систему команд, понятную системе управления (СУ) ЧПУ станка, а это усложняет схему, делает ее надежной и дорогостоящей, а также снижает быстродействие. Known pneumatic device for linear measurements [1] comprising a housing with an internal cavity, a piston placed therein, a measuring nozzle, a reading unit assembled on m-jet oscillation generators having different lengths of feedback branches and m-jet elements OR NOT, or n-power nozzles placed in the piston parallel to the measuring nozzle and pneumatically connected to a pneumatic amplifier, the control input of which is connected to the feedback line of one of the jet oscillation generators. However, to install this device, for example, on a CNC cutting machine, devices are needed that convert the pneumatic signal into a command system that is understandable to the control system of the machine’s CNC, and this complicates the circuit, makes it reliable and expensive, and also reduces performance.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа пневмоэлектрический датчик линейных размеров [2] содержащий измерительное устройство, выполненное в виде эжекторного сопла, состоящего из питающего, выходного и измерительного каналов, и пневмоэлектрообразователь, состоящий из фотодиода, направленного на термоэлемент, который сообщен с полостью низкого давления эжекторного сопла. Однако пневмоэлектропреобразователь формирует сигнал, поступающий в СУ ЧПУ станка только при определенно заданном зазоре Z=0.0,5 мм и в случае, когда положение пневмоэлектрического датчика не определено в пространстве (он закреплен неподвижно) либо неизвестно положение измеряемого объекта (ИО) (например, значение какого-либо размера режущего инструмента), то может произойти их столкновение, а так как рекомендуемая скорость ускоренного подвода при измерительных операциях на станках с ЧПУ составляет 500.1000 мм/мин, а система ЧПУ обладает определенной инерционностью, может произойти поломка датчика либо ИО. Если скорость подвода ИО к пневмоэлектрическому датчику на определенном расстоянии программно уменьшить с 500.1000 мм/мин до 5 мм/мин, то запаздывание системы ЧПУ (вследствие ее инерционности) не окажет влияние на надежность измерительной системы в целом, но при неизвестном положении датчика в пространстве или ИО большое расстояние, проходимое со скоростью 5 мм/мин, значительно увеличит время измерения. The closest in technical essence to the proposed device is the selected pneumatic linear size sensor [2] as a prototype, comprising a measuring device made in the form of an ejector nozzle consisting of a supply, output and measuring channels, and a pneumoelectric generator consisting of a photodiode aimed at the thermocouple, which is in communication with the low pressure cavity of the ejector nozzle. However, the pneumatic-electric converter generates a signal arriving at the control system of the machine only if the gap Z = 0.0.5 mm is definitely set and when the position of the pneumatic-electric sensor is not defined in space (it is fixed motionless) or the position of the measured object (IO) is unknown (for example, the value of any size of the cutting tool), then they may collide, and since the recommended speed of accelerated approach for measuring operations on CNC machines is 500.1000 mm / min, and the CNC system has a certain lennoy inertia, breakage sensor or IO may occur. If the speed of supplying the EUT to the pneumoelectric sensor at a certain distance is programmatically reduced from 500.1000 mm / min to 5 mm / min, then the delay of the CNC system (due to its inertia) will not affect the reliability of the measuring system as a whole, but with an unknown position of the sensor in space or A large distance traveled at a speed of 5 mm / min will significantly increase the measurement time.

Цель изобретения повышение надежности и быстродействия. The purpose of the invention is improving reliability and speed.

Поставленная цель достигается тем, что пневмоэлектрический датчик линейных размеров, содержащий эжекторное сопло с питающим, выходным и измерительным каналами, сообщенный с полостью низкого давления эжекторного сопла пневмоэлектропреобразователь с термоэлементом и фотодиодом, направленным на термоэлемент, дополнительно снабжен распределителем воздуха, в эжекторном сопле выполнен кольцевой канал, диаметр которого больше диаметра выходного канала эжекторного сопла, и второй питающий канал, соединенный с кольцевым каналом, а оба питающих канала и пневмоэлектропреобразователь соединены с распределителем воздуха. This goal is achieved in that the pneumatic electric sensor of linear dimensions, containing an ejector nozzle with a supply, output and measuring channels, in communication with a low-pressure cavity of the ejector nozzle, a pneumatic electric converter with a thermocouple and a photodiode directed to the thermocouple, is additionally equipped with an air distributor, an annular channel is made in the ejector nozzle the diameter of which is larger than the diameter of the outlet channel of the ejector nozzle, and a second feed channel connected to the annular channel, and both pits channel and pneumatic transducer are connected to the air distributor.

На чертеже представлено поперечное сечение пневмоэлектрического датчика линейных размеров. The drawing shows a cross section of a pneumatic sensor linear dimensions.

Пневмоэлектрический датчик линейных размеров содержит измерительное устройство 1, пневмоэлектропреобразователь 2 и распределитель 3. Измерительное устройство, выполненное в виде дроссельно-эжекторного измерителя (эжекторное сопло), состоит из питающего канала 4, канала 5 выхода воздуха в атмосферу и измерительного канала 6, сообщающего полость низкого давления эжекторного сопла с пневмоэлектропреобразователем 2, состоящим из сопла 7 и приемного канала 8, в котором размещены термоэлемент 9 и направленный на него фотодиод 10. Термоэлемент и фотодиод соединены с СУ (не показано) и с распределителем 3. Второе совмещенное измерительное устройство, состоящее из питающего канала 11, кольцевого канала 12, диаметр D которого больше диаметра выходного канала 5 и измерительного канала 6. Питающие каналы 4 и 11 соединены с распределителем 3. The linear-sized pneumatic-electric sensor contains a measuring device 1, a pneumatic-electric converter 2 and a distributor 3. The measuring device, made in the form of a throttle-ejector meter (ejector nozzle), consists of a supply channel 4, a channel 5 for air outlet to the atmosphere and a measuring channel 6 communicating a low cavity pressure of the ejector nozzle with a pneumatic electroconverter 2, consisting of a nozzle 7 and a receiving channel 8, in which the thermocouple 9 and the photodiode 10 are directed towards it. The thermocouple and the diode is connected to the control system (not shown) and to the distributor 3. The second combined measuring device, consisting of a supply channel 11, an annular channel 12, the diameter D of which is larger than the diameter of the output channel 5 and the measuring channel 6. The supply channels 4 and 11 are connected to the distributor 3 .

Диаметр D кольцевого канала 12, примерно равный Z расстоянию до ИО в случае непрерывной поверхности, выбирается в зависимости от решаемых задач. При использовании пневмоэлектрического датчика линейных размеров на многооперационных станках для измерения износа режущих лезвий инструмента диаметр D кольцевого канала 12 выбирается равным 7 мм, в этом случае расстояние до режущих лезвий инструмента, при котором происходит срабатывание пневмоэлектропреобразователя 2 и распределителя 3, составляет Z=4,95 мм, а погрешность измерения в данном случае 0,1.0,3 мм. The diameter D of the annular channel 12, approximately equal to Z the distance to the IE in the case of a continuous surface, is selected depending on the tasks being solved. When using a linear-sized pneumoelectric sensor on multioperational machines for measuring the wear of tool cutting blades, the diameter D of the annular channel 12 is chosen equal to 7 mm, in this case, the distance to the tool cutting blades, at which the pneumoelectric converter 2 and distributor 3 are triggered, is Z = 4.95 mm, and the measurement error in this case is 0.1.0.3 mm.

Пневмоэлектрический датчик линейных размеров работает следующим образом. Pneumoelectric sensor linear dimensions works as follows.

При движении ИО (датчика) к пневмоэлектрическому датчику (ИО) из СУ на термоэлемент 9 подается напряжение до +5 В и на фотодиод 10 поступает поток инфракрасного излучения. На выходе фотодиода 10 формируется сигнал логический "0", равный 2,4 В. В это же время сжатый воздух с постоянным давлением подается через распределитель 3, в питающий канал 11 и при отсутствии перед пневмоэлектрическим датчиком ИО истекает из кольцевого канала 12 в атмосферу, создавая в каналах 5 и 6 отрицательное давление (ниже атмосферного). Отрицательное давление поступает в сопло 7 пневмоэлектропреобразователя 2. Происходит приток в сопло 7 воздуха из атмосферы. Охлаждение термоэлемента 9, установленного в приемном канале 8, не происходит. В СУ поступает сигнал "0", свидетельствующий об отсутствии перед пневмоэлектрическим датчиком ИО. При достижении ИО установленного зазора (например, при измерении износа режущих лезвий инструмента, применяемого на многооперационных станках с ЧПУ Z= 4,95 мм) происходит перекрытие канала 12 второго совмещенного измерительного устройства настолько, что избыточный поток воздуха (давление выше атмосферного) через каналы 5 и 6, сопло 7 поступает в канал 8. Термоэлемент 9, охлаждаясь, уменьшает величину светового потока инфракрасного излучения, поступающего на фотодиод 10 настолько, что величины светового потока недостаточно для его срабатывания. На выходе фотодиода 10 формируется сигнал логическая "1", равный 2,4 В, который, поступая в СУ, дает команду на изменение скорости подвода ИО (например, при измерениях на многооперационных станках с ЧПУ с 500.1000 мм/мин до 5.10 мм/мин в данном случае ИО может переместиться за счет инерционности СУ станка на 0,5.1 мм) и на распределитель 3. Распределитель 3 переключает подвод сжатого воздуха с канала 11 на канал 4. На выходе фотодиода 10 формируется сигнал "0". Сжатый воздух с постоянным давлением через канал 4 и 5 истекает в атмосферу, создавая в канале 6 отрицательное давление. Отрицательное давление поступает в сопло 7 пневмоэлектропреобразователя 2. Происходит приток в сопло 7 воздуха из атмосферы. Охлаждение термоэлемента 9, установленного в приемном канале 8, не происходит. В СУ поступает сигнал "0", свидетельствующий об отсутствии перед пневмоэлектрическим датчиком ИО. При достижении ИО установленного зазора (например, при измерении износа режущих лезвий инструмента, применяемого на многооперационных станках с ЧПУ Z=0,5 мм) происходит перекрытие канала 5 измерительного устройства 1 настолько, что избыточный поток воздуха через канал 6, сопло 7 поступает в канал 8. Термоэлемент 9, охлаждаясь, уменьшает величину светового потока инфракрасного излучения, поступающего на фотодиод 10, настолько, что величины светового потока недостаточно для его срабатывания. На выходе фотодиода 10 формируется сигнал "1", который, поступая в СУ, дает команду на останов ИО (датчика) и на отсчет с помощью датчиков обратной связи величины перемещения и на вычисление измеряемых параметров ИО. When the IO (sensor) moves to the pneumoelectric sensor (IO) from the control system, a voltage of up to +5 V is applied to the thermocouple 9 and a stream of infrared radiation enters the photodiode 10. At the output of the photodiode 10, a logical "0" signal is generated, equal to 2.4 V. At the same time, compressed air with constant pressure is supplied through the distributor 3, to the supply channel 11 and, in the absence of an IO before the pneumoelectric sensor, flows from the annular channel 12 into the atmosphere, creating negative pressure in channels 5 and 6 (below atmospheric). Negative pressure enters the nozzle 7 of the pneumatic transducer 2. Air flows into the nozzle 7 from the atmosphere. The cooling of the thermocouple 9 installed in the receiving channel 8 does not occur. A signal "0" is received in the control system, indicating the absence of an EUT in front of the pneumoelectric sensor. When the IO reaches the specified clearance (for example, when measuring the wear of the cutting blades of a tool used on multi -operational CNC machines Z = 4.95 mm), the channel 12 of the second combined measuring device is blocked so that the excess air flow (pressure above atmospheric) through the channels 5 and 6, the nozzle 7 enters the channel 8. The thermocouple 9, cooling, reduces the luminous flux of infrared radiation entering the photodiode 10 so that the luminous flux is insufficient for its operation. At the output of photodiode 10, a logical signal “1” is formed, equal to 2.4 V, which, when supplied to the control system, gives a command to change the speed of the IO supply (for example, when measuring on multioperational CNC machines from 500.1000 mm / min to 5.10 mm / min in this case, the IO can move due to the inertia of the control system of the machine by 0.5.1 mm) and to the distributor 3. The distributor 3 switches the compressed air supply from channel 11 to channel 4. At the output of the photodiode 10, a signal "0" is generated. Compressed air with constant pressure through channel 4 and 5 flows into the atmosphere, creating a negative pressure in channel 6. Negative pressure enters the nozzle 7 of the pneumatic transducer 2. Air flows into the nozzle 7 from the atmosphere. The cooling of the thermocouple 9 installed in the receiving channel 8 does not occur. A signal "0" is received in the control system, indicating the absence of an EUT in front of the pneumoelectric sensor. When the AI reaches the set gap (for example, when measuring the wear of the cutting blades of the tool used on multi -operational CNC machines Z = 0.5 mm), the channel 5 of the measuring device 1 is blocked so that the excess air flow through channel 6, the nozzle 7 enters the channel 8. The thermocouple 9, cooling, reduces the luminous flux of infrared radiation entering the photodiode 10, so that the luminous flux is insufficient for its operation. At the output of the photodiode 10, a signal "1" is formed, which, entering the control system, gives a command to stop the IO (sensor) and to count the displacement value using feedback sensors and to calculate the measured IO parameters.

Размещение термоэлемента 9, фотодиода 10 и выбор величин зазоров Z зависит от оптимальных условий работы пневмоэлектрического датчика линейных размеров (максимальная продолжительность работы термоэлемента 9, минимальная величина гистерезиса в работе фотодиода 10). The placement of the thermocouple 9, the photodiode 10 and the choice of the values of the gaps Z depends on the optimal operating conditions of the pneumoelectric sensor of linear dimensions (the maximum duration of the thermocouple 9, the minimum value of the hysteresis in the operation of the photodiode 10).

Использование пневмоэлектрического датчика линейных размеров позволит за счет наличия двух совмещенных измерительных устройств определять размеры ИО, не зная положения как самого датчика, так и ИО в пространстве, и не задавать перемещений или размеров программно. Наличие второго совмещенного измерительного устройства позволяет сформировать управляющую команду на изменение скорости перемещения и уменьшить ее за 3.4 мм до датчика. Таким образом, использование предлагаемого датчика позволит повысить надежность измерительной системы и уменьшить время, затрачиваемое на измерение. Using a pneumatic-electric sensor of linear dimensions, due to the presence of two combined measuring devices, it is possible to determine the dimensions of the EUT, not knowing the position of both the sensor and the EUT in space, and not to set displacements or sizes programmatically. The presence of the second combined measuring device allows you to generate a control command to change the speed of movement and reduce it 3.4 mm to the sensor. Thus, the use of the proposed sensor will improve the reliability of the measuring system and reduce the time spent on measurement.

Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что заявляемый датчик легко реализуется на практике и соответствует критерию "промышленная применимость". Thus, based on the foregoing, we can conclude that the inventive sensor is easily implemented in practice and meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

A linear-sized pneumatic-electric sensor containing an ejector nozzle with a supply, output, and measuring channels, a pneumatic-electric converter with a thermocouple and a photodiode directed to a thermocouple connected with a low pressure cavity of the ejector nozzle, characterized in that it is equipped with an air distributor, an annular channel is made in the ejector nozzle, diameter which is larger than the diameter of the outlet channel of the ejector nozzle, and a second supply channel connected to the annular channel, and both supply channels and a pneumoelectro reobrazovatel connected to the air distributor.