RU2165348C1 - Method for positioning tool in coordinate system of machine tool - Google Patents
Method for positioning tool in coordinate system of machine tool Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165348C1 RU2165348C1 RU99118186A RU99118186A RU2165348C1 RU 2165348 C1 RU2165348 C1 RU 2165348C1 RU 99118186 A RU99118186 A RU 99118186A RU 99118186 A RU99118186 A RU 99118186A RU 2165348 C1 RU2165348 C1 RU 2165348C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- machine
- coordinate
- coordinate system
- plane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Numerical Control (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть, преимущественно, использовано при механической обработке изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских модельных форм) на прецизионных металлорежущих станках с числовым программным управлением (ЧПУ). The invention relates to the field of mechanical engineering and can be mainly used in the machining of products with a complex spatial profile of the machined surface (for example, metallographic model forms) on precision metal-cutting machines with numerical control (CNC).
Известны способы позиционирования инструмента (т.е. его вершины и режущей кромки) в координатной системе отсчета металлорежущего станка, заключающиеся в том, что датчик регистрации касания (перемещения которого отслеживаются отсчетной системой станка) подводят к режущей кромке инструмента (как правило - к его вершине) и фиксируют момент касания датчика с инструментом, при этом фиксируемое пространственное положение вершины инструмента функционально является нулевой точкой (точкой отсчета) в координатной системе отсчета станка (Ю.И. Кузнецов и др. Оснастка для станков с ЧПУ, справочник, М.: Машиностроение, 1990, с. 477 - 487). Known methods for positioning a tool (i.e., its top and cutting edge) in the coordinate reference system of a metal cutting machine, namely, that the touch detection sensor (whose movements are tracked by the reading system of the machine) is brought to the cutting edge of the tool (usually to its top ) and record the moment the sensor touches the tool, while the fixed spatial position of the tool tip is functionally a zero point (reference point) in the coordinate coordinate system of the machine (Yu.I. Kuz etsov etc. Attachments for the CNC, directory, M .: Engineering, 1990, pp 477 -.. 487).
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту изобретения является способ позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка с ЧПУ, заключающийся в том, что инструмент перемещают в соответствующую исходную позицию, где с помощью оптической системы индексации положения регистрируют достижение его вершиной заданной точки отсчета путем совмещения упомянутой вершины с реперной точкой реперной системы станка (автономно формируемой в пространстве оптической системой индексации положения) и вывода изображения процесса совмещения на экран посредством объективов. После завершения вышеописанного процесса совмещения координатную система отсчета станка обнуляют (адаптируют к координатной системе отсчета станка) по соответствующей (в данном случае одной) координате и отсчет дальнейших перемещений инструмента ведут от упомянутой реперной точки, функционально адаптируемой с нулевой точкой отсчета упомянутой координатной системы отсчета станка (SU, 612754, кл. B 23 Q 15/22, 1978 г.). The closest in technical essence to the claimed object of the invention is a method for positioning a tool in the coordinate reference system of a CNC machine, which means that the tool is moved to the corresponding initial position, where, using the optical indexing system, the position is reached by the vertex of the specified reference point by combining the aforementioned peaks with a reference point of the benchmark system of the machine (autonomously formed in space by an optical position indexing system) and image output zheniya alignment process on the screen through lenses. After completing the above-described alignment process, the machine coordinate system is zeroed (adapted to the machine coordinate system) according to the corresponding (in this case, one) coordinate and the subsequent movement of the tool is counted from the reference point functionally adaptable with the zero reference point of the machine coordinate system ( SU 612754, CL B 23 Q 15/22, 1978).
К недостаткам рассмотренных выше способов позиционирования вершины инструмента в координатной системе отсчета станка следует отнести их ограниченные функциональные возможности ввиду того, что данные известные из уровня техники способы (вследствие использования их лишь для определенных видов обработки, в частности - для прецизионной расточки отверстий) способны обеспечить необходимую точность позиционирования вершины режущей кромки инструмента в координатной системе отсчета станка лишь по одной координате. То есть, рассматриваемые способы не приемлемы в тех случаях, когда для обеспечения заданной точности обработки необходимо обеспечить коррекцию положения вершины инструмента в координатной системе отсчета станка по трем координатам (например, при обработке на прецизионных строгальных станках металлографских форм со сложным пространственным профилем микрорельефа в ортогональной трехкоординатной системе). The disadvantages of the above methods of positioning the tool top in the coordinate system of the machine should include their limited functionality due to the fact that the methods known from the prior art (due to their use only for certain types of processing, in particular for precision boring of holes) can provide the necessary the accuracy of positioning the top of the cutting edge of the tool in the coordinate reference system of the machine in only one coordinate. That is, the considered methods are not acceptable in those cases when, to ensure a given machining accuracy, it is necessary to provide correction of the position of the tool tip in the coordinate system of the machine tool in three coordinates (for example, when machining on precision planing machines of metallographic forms with a complex spatial profile of the microrelief in the orthogonal three-coordinate system).
Отсутствие же в рассматриваемом известном способе позиционирования такой возможности (т.е. возможности коррекции пространственного положения вершины инструмента по трем координатам ортогональной системы координат) ведет к значительному снижению точности обработки ввиду изменения геометрии формируемого профиля (особенно в случав нарезания, например, криволинейных профильных канавок на поверхности изделия), поскольку изменяется пространственная ориентация вершины и, соответственно, режущей кромки инструмента относительно исходной (нулевой) точки отсчета координатной системы станка. The absence of such a possibility in the known known method of positioning (i.e., the possibility of correcting the spatial position of the tool tip in three coordinates of the orthogonal coordinate system) leads to a significant decrease in processing accuracy due to changes in the geometry of the formed profile (especially in the case of cutting, for example, curved profile grooves into surface of the product), since the spatial orientation of the tip and, accordingly, the cutting edge of the tool relative to the original (zero) reference points of the machine coordinate system.
При этом следует учесть, что точность обработки является наиболее важным критерием качества, например, для металлографских модельных форм, используемых, например, в процессе изготовления денежных знаков и иных ценных бумаг, поскольку за счет этого параметра обработки, как правило, обеспечиваются дополнительные степени защиты от подделки упомянутых ценных изделий. It should be noted that processing accuracy is the most important quality criterion, for example, for metallographic model forms used, for example, in the process of manufacturing banknotes and other securities, since this processing parameter usually provides additional degrees of protection against falsification of said valuable products.
В основу заявленного способа позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка была положена задача обеспечения (с помощью известных из уровня техники средств) возможности прецизионного позиционирования вершины и, соответственно, режущей части инструмента в трехкоординатной системе отсчета для целей повышения качества и точности обработки изделий со сложным пространственным профилем микрорельефа в ортогональной трехкоординатной системе. The claimed method for positioning a tool in a coordinate reference system of a machine was based on the task of ensuring (using means known from the prior art) the possibility of precision positioning of a vertex and, accordingly, a cutting part of a tool in a three-coordinate reference system in order to improve the quality and accuracy of processing products with complex spatial microrelief profile in the orthogonal three-coordinate system.
Поставленная задача достигается за счет того, что в способе позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка, при котором ведут позиционирование вершины инструмента посредством перемещения инструмента в исходную позицию, с помощью оптической системы индексации положения регистрируют достижение вершиной инструмента заданной точки отсчета путем совмещения вершины инструмента с точкой начала отсчета реперной системы станка, которую формируют и визуализируют на экране с помощью оптической системы индексации положения вершины инструмента в ходе вывода изображения процесса совмещения на экран посредством объективов, при этом координатную систему отсчета станка адаптируют координатно со сформированной реперной системой станка, а отсчет дальнейших перемещений вершины инструмента ведут от точки начала отсчета реперной системы станка, согласно изобретению позиционирование вершины инструмента осуществляют по трем координатам X, Y и Z координатной системы отсчета станка, оптическую систему индексации положения вершины инструмента выполняют в виде видеоблока, включающего два идентичных подключенных к монитору управляющего компьютера компьютерных телевизионных микроскопа, главные оптические оси объективов которых расположены в плоскостях, параллельных плоскости XY координатной системы отсчета станка, и ориентированы вдоль осей X и Y, величину ΔZ относительного смещения плоскостей расположения главных отеческих осей объективов регистрируют и запоминают, реперную систему станка формируют в виде пространственной прямоугольной системы координат X1, Y1, Z1, оси X1 и Y1 которой ориентированы вдоль главных оптических осей объективов, а ось Z1 параллельна оси Z координатной системы отсчета станка, при этом за точку начала отсчета реперной системы станка принимают точку, пространственно расположенную в зоне видимости, по меньшей мере, одного объектива и лежащую на пересечении оси X1 и/или главной оптической оси соответствующего объектива с проекцией на плоскость X1Y1 главной оптической оси другого объектива или параллельной этой оси линии, затем изображение процесса совмещения вершины инструмента с точкой начала отсчета реперной системы станка выводят на экран монитора управляющего компьютера в виде изображения реперной системы станка и вершины инструмента на плоскости XZ и YZ, процесс совмещения вершины инструмента с точкой начала отсчета реперной системы станка и, соответственно, координатную адаптацию реперной системы и координатной системы отсчета станка по координатам X, Y и Z осуществляют последовательно в два этапа с учетом величины ΔZ относительного смещения плоскостей расположения главных оптических осей объективов, при этом на первом этапе вершину инструмента вводят в поле зрения первого компьютерного телевизионного микроскопа, главная оптическая ось объектива которого ориентирована вдоль оси Y координатной системы отсчета станка, на экране монитора управляющего компьютера в плоскости XZ совмещают изображение вершины инструмента с проекцией точки начала отсчета реперной системы станка на плоскость XZ путем относительного перемещения инструмента вдоль осей X и Z и регистрируют показания координатной системы отсчета станка по координатам X и Z, а на втором этапе вершину инструмента вводят в поле зрения второго компьютерного телевизионного микроскопа, главная оптическая ось объектива которого ориентирована вдоль оси X координатной системы отсчета станка, на экране монитора управляющего компьютера в плоскости YZ совмещают изображение вершины инструмента с проекцией точки начала отсчета реперной системы станка на плоскость YZ путем относительного перемещения инструмента вдоль оси Y и регистрируют показания координатной системы станка по координате Y; при этом процесс совмещения вершины инструмента с точкой начала отсчета реперной системы станка, после ввода вершины инструмента в поле зрения объективов компьютерных телевизионных микроскопов, производят посредством дискретных относительных перемещений инструмента с шагом, не превышающим величину разрешающей способности компьютерных телевизионных микроскопов, а визуальную регистрацию момента совмещения вершины инструмента с точкой начала отсчета реперпой системы станка производят непосредственно на экране монитора управляющего компьютера по изображениям вершины инструмента и реперной системы станка на соответствующие плоскости координатной системы отсчета станка.The problem is achieved due to the fact that in the method of positioning the tool in the coordinate reference system of the machine, in which the positioning of the tool tip is carried out by moving the tool to its original position, using the optical indexing system, the achievement by the tool tip of reaching the specified reference point by combining the tool tip with the point the reference point of the benchmark system of the machine, which is formed and visualized on the screen using the optical indexing system the tool top during the image display of the alignment process on the screen by means of lenses, while the coordinate reference system of the machine is adapted coordinate with the formed reference system of the machine, and the further movement of the top of the tool is counted from the reference point of the reference system of the machine, according to the invention, the position of the top of the tool is three coordinates X, Y and Z coordinate coordinate system of the machine, the optical indexing system position of the tool tip is performed in the form of the deoblock, which includes two identical computer television microscopes connected to the monitor of the control computer, the main optical axis of the lenses of which are located in planes parallel to the XY plane of the machine coordinate system and are oriented along the X and Y axes, the ΔZ value of the relative displacement of the planes of the location of the main paternal axes of the lenses is recorded and remember, the benchmark system of the machine is formed in the form of a spatial rectangular coordinate system X 1 , Y 1 , Z 1 , the axis X 1 and Y 1 which is a landmark are aligned along the main optical axes of the lenses, and the Z 1 axis is parallel to the Z axis of the coordinate system of the machine reference, while the point of reference of the machine reference system is taken to be a point spatially located in the field of view of at least one lens and lying at the intersection of the X 1 axis and / or the main optical axis of the corresponding lens on the projection plane X 1, Y 1 of the main optical axis of another lens or parallel to the axis line, and then the process image of the alignment tool tip point to the origin The machine’s eper system is displayed on the monitor screen of the control computer in the form of an image of the machine’s reference system and the tool top on the XZ and YZ planes, the process of combining the tool top with the reference point of the machine reference system and, accordingly, the coordinate adaptation of the reference system and the coordinate system of the machine reference coordinate X, Y and Z are carried out sequentially in two stages, taking into account the ΔZ relative displacement of the planes of the main optical axes of the lenses, while at the first stage another instrument is introduced into the field of view of the first computer television microscope, the main optical axis of the lens of which is oriented along the Y axis of the coordinate system of the machine, on the monitor screen of the control computer in the XZ plane combine the image of the tool top with the projection of the reference point of the machine reference system on the XZ plane by relative move the tool along the X and Z axes and record the readings of the coordinate system of the machine along the X and Z coordinates, and at the second stage the top of the tool The entent is introduced into the field of view of the second computer television microscope, the main optical axis of the lens of which is oriented along the X axis of the coordinate system of the machine, on the monitor screen of the control computer in the YZ plane combine the image of the tool top with the projection of the reference point of the machine reference system on the YZ plane by relative movement tool along the Y axis and register the readings of the machine coordinate system along the Y coordinate; the process of combining the top of the instrument with the reference point of the benchmark system of the machine, after entering the top of the instrument in the field of view of the lenses of computer television microscopes, is performed by discrete relative movements of the tool in increments not exceeding the resolution of computer television microscopes, and visual registration of the moment of combining the top tools with a reference point of the machine system reference point are produced directly on the monitor screen on computer images of the tool tip and the reference system of the machine to the appropriate coordinate system of the machine to the reference plane.
Совершенно очевидно, что каждая операция патентуемого способа в отдельности и средства для реализации соответствующих операций рассматриваемого способа широко известны из уровня техники. Однако поставленная задача может быть решена исключительно за счет отраженной в формуле изобретения совокупности известных операций (технически реализованных известными средствами), выполняемых в строго определенной последовательности. It is obvious that each operation of the patented method individually and means for implementing the corresponding operations of the method under consideration are widely known in the art. However, the problem can be solved solely due to the combination of well-known operations (technically implemented by known means) carried out in a strictly defined sequence reflected in the claims.
Следовательно, отраженная в формуле изобретения совокупность известных из уровня техники признаков обеспечивает в патентуемом объекте изобретения синергетический результат за счет определенной взаимосвязи этих признаков. Therefore, reflected in the claims, the totality of the features known from the prior art provides a synergistic result in the patented subject matter due to a certain relationship of these features.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by signs and relationships between them that are identical to all the essential features of the claimed invention, and the prototype selected from the list of identified analogues, as the analogue closest in the set of features, made it possible to identify the set of significant, in relation w applicant sees to the technical result in the distinguishing features of the claimed subject set out in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности НОВИЗНА по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the patentability criterion of NOVELTY under applicable law.
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию критерия патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата. In order to verify the conformity of the claimed invention with the patentability criterion, INVENTIVE LEVEL, the applicant conducted an additional search for known technical solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art, since from the prior art determined by the applicant, the influence of the prize akami claimed invention transformations to achieve the technical result of the applicant sees.
В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:
- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены:
- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;
- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.In particular, the claimed invention does not provide for the following transformations of a known prototype object:
- addition of a well-known object by any well-known attribute, attached to it according to known rules, to achieve a technical result, in relation to which the influence of such additions is established;
- replacement of any sign of a known object with another well-known sign to achieve a technical result, in relation to which the influence of such a replacement is established:
- the exclusion of any feature of a known object with the simultaneous exception due to the presence of this feature of the function and the achievement of the usual result for such an exception;
- an increase in the number of similar features in a known object to enhance the technical result due to the presence of just such signs in the object;
- the implementation of a known object or part of it from a known material to achieve a technical result due to the known properties of the material;
- the creation of an object that includes known features, the choice of which and the relationship between them are based on known rules and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the features of this object and the relationships between them.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of the patentability criterion of INVENTION according to the current legislation.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в промышленности, а именно, в области обработки изделий резанием на прецизионных металлорежущих станках (например - строгальных);
- для заявленного объекта изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
- an object embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely, in the field of processing products by cutting on precision metal-cutting machines (for example, planing machines);
- for the claimed subject matter of the invention in the form described in the independent clause of the claims below, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known from the prior art on the priority date has been confirmed;
- an object embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirements of the patentability criterion INDUSTRIAL APPLICABILITY under applicable law.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами. The invention is illustrated in graphic materials.
Фиг. 1 - принципиальная схема компоновки (взаимного пространственного расположения) телевизионных микроскопов на базовом элементе (в плане, т.е. в плоскости XZ расположения соответствующих осей X и Z координатной системы отсчета станка). FIG. 1 is a schematic diagram of the arrangement (mutual spatial arrangement) of television microscopes on a basic element (in plan, i.e., in the XZ plane, of the location of the corresponding X and Z axes of the coordinate coordinate system of the machine).
Фиг. 2 - условная схема пространственной ориентации главных оптических осей микрообъективов телевизионных микроскопов с обозначением точки начала отсчета реперной системы (X1Y1Z1) станка (в точке пересечения упомянутых оптических осей) и проекций упомянутой точки начала отсчета на плоскости XZ и YZ расположения соответствующих осей координатной системы отсчета станка.FIG. 2 is a schematic diagram of the spatial orientation of the main optical axes of micro-lenses of television microscopes with the designation of the reference point of the reference system (X 1 Y 1 Z 1 ) of the machine (at the intersection of the mentioned optical axes) and the projections of the mentioned reference point on the XZ and YZ plane of the corresponding axes coordinate reference system of the machine.
Фиг. 3 - условная схема позиционирования вершины инструмента по координатам X и Z в трехкоординатной системе отсчета станка. FIG. 3 is a schematic diagram of the positioning of the tool tip in the X and Z coordinates in a three-coordinate machine reference frame.
Фиг. 4 - условная схема позиционирования вершины инструмента по координате Y в трехкоординатной системе отсчета станка. FIG. 4 is a schematic diagram of the positioning of the tool tip in the Y coordinate in a three-coordinate machine reference frame.
Необходимо отметить, что вышеупомянутые графические материалы (для наглядности и простоты дальнейшего изложения) иллюстрируют лишь один из частных случаев осуществления патентуемого способа позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка, а именно, когда:
- главные оптические оси микрообъективов обоих компьютерных телевизионных микроскопов расположены в одной плоскости (величина ΔZ смещения равна нулю) и, следовательно, пересекаются в одной точке;
- пространственное положение вершины резца не изменяется при его повороте (посредством механизма поворота станка) на 180o.It should be noted that the aforementioned graphic materials (for clarity and simplicity of the further discussion) illustrate only one of the particular cases of the implementation of the patented method of positioning the tool in the coordinate frame of the machine, namely, when:
- the main optical axis of the micro-lenses of both computer television microscopes are located in the same plane (the ΔZ offset value is zero) and, therefore, intersect at one point;
- the spatial position of the tip of the cutter does not change when it is rotated (through the rotation mechanism of the machine) by 180 o .
Совершенно очевидно, что для такого частного случая реализации способа, согласно изобретению, точка пересечения главных оптических осей микрообъективов компьютерных телевизионных микроскопов функционально является точкой начала отсчета реперной системы станка. It is quite obvious that for such a particular case of the implementation of the method according to the invention, the intersection point of the main optical axes of the micro-lenses of computer television microscopes is functionally the reference point of the benchmark system of the machine.
Варианты реализации патентуемого способа, не удовлетворяющие или частично удовлетворяющие вышеуказанным допущениям, подробно раскрываются в описательной части патентуемого изобретения и понятны для специалиста без дополнительной их графической иллюстрации. Variants of the implementation of the patented method, not satisfying or partially satisfying the above assumptions, are described in detail in the descriptive part of the patented invention and are understandable to the specialist without additional graphic illustration thereof.
Техническая сущность патентуемого способа позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка (преимущественно, для обработки изделий строганием) заключается в следующем. The technical essence of the patented method of positioning the tool in the coordinate frame of the machine (mainly for machining products planing) is as follows.
Прецизионная обработка изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских форм, рельеф рабочей поверхности которых образован упорядоченным множеством профильных канавок различных размеров и геометрических форм, а также иных изделий с повышенными требованиями к точности обработки, в функциональных слоях которых необходимо обеспечить получение рисунка заданной глубины с субмикронным разрешением его структур), требует точного (порядка ± 0,004 мм для металлографских форм) сопряжения участков с различной формой и профилем формируемого рельефа. Поскольку размеры используемого для данной обработки инструмента могут быть аттестованы с погрешностью того же порядка, а при автоматической смене инструмента, кроме того, возникают дополнительные погрешности положения вершины (и, соответственно, режущей кромки) инструмента, возникает необходимость после каждой смены инструмента обеспечивать точную проверку фактического положения его вершины (режущей кромки) относительно базовой (нулевой) точки координатной системы отсчета станка с последующей коррекцией упомянутого фактического положения рабочих элементов инструмента в упомянутой координатной системе. Аналогичная ситуация (в отношении необходимости коррекции фактического положения инструмента в координатной системе отсчета станка) может возникнуть и в ряде иных случаев (например, при величине накопленной ошибки перемещения в механизмах позиционирующих узлов станка выше предельно допустимой). Причем при осуществлении обработки изделий со сложной пространственно ориентируемой структурой формируемого рельефа коррекцию положения вершины (режущей кромки) инструмента необходимо осуществлять по трем координатам X, Y и Z координатной системы отсчета станка. Precision processing of products with a complex spatial profile of the surface to be machined (for example, metallographic forms, the relief of the working surface of which is formed by an ordered set of profile grooves of various sizes and geometric shapes, as well as other products with increased requirements for machining accuracy, in the functional layers of which it is necessary to obtain a given pattern depth with a submicron resolution of its structures), requires precise (of the order of ± 0.004 mm for metallographic forms) pairing s with different shape and formed relief profile. Since the dimensions of the tool used for this processing can be certified with an error of the same order, and with an automatic change of tool, in addition, additional errors in the position of the vertex (and, accordingly, cutting edge) of the tool arise, it becomes necessary to provide an accurate check of the actual after each change of tool the position of its top (cutting edge) relative to the base (zero) point of the coordinate system of the machine with subsequent correction of the said actual position of the working elements of the tool in the said coordinate system. A similar situation (regarding the need to correct the actual position of the tool in the coordinate system of the machine) can also occur in a number of other cases (for example, when the value of the accumulated error of movement in the mechanisms of the positioning nodes of the machine is above the maximum permissible). Moreover, when processing products with a complex spatially oriented structure of the formed relief, the correction of the position of the top (cutting edge) of the tool must be carried out in three coordinates X, Y and Z of the coordinate system of the machine reference frame.
Для обеспечения решения рассмотренных выше технических задач в патентуемом способе позиционирования инструмента 1 в координатной системе отсчета станка инструмент 1 (например, после осуществления процесса его автоматической смены) перемещают в соответствующую исходную позицию, где с помощью оптической системы индексации положения регистрируют достижение его вершиной 2 заданной точки отсчета путем совмещения упомянутой вершины 2 с точкой 3 начала отсчета реперной системы станка. Последнюю (реперную систему станка) автономно формируют в пространстве и визуализируют на экране монитора управляющего компьютера посредством оптической системы индексации положения в ходе вывода изображения процесса совмещения на экран. Изображение процесса рассматриваемого совмещения (точки 3 начала отсчета реперной системы и вершины 2 инструмента 1) выводят на экран монитора компьютера (на чертежах условно не показанных) посредством компьютерных телевизионных микроскопов 4 и 5 (например, типа КТМ-1) с микрообъективами 6 и 7 (например, типа ОБ-12), соответственно. Непосредственная связь видеокамер (на чертежах условно не показанных) компьютерных телевизионных микроскопов с компьютером может быть осуществлена любым известным из уровня техники способом, например, через электронный коммутатор и видеопорт, преимущественно, типа "AVer-EZ-ll" (на чертежах условно не показаны). To ensure the solution of the technical problems discussed above in the patented method of
При этом (в процессе осуществления указанных операций) формируемую реперную систему координатно адаптируют с упомянутой системой отсчета станка по трем координатам X, Y и Z, обеспечивая, тем самым, регистрацию пространственного положения позиционируемой вершины 2 инструмента 1 в трехкоординатной (преимущественно, ортогональной) системе отсчета станка. Отсчет дальнейших перемещений инструмента 1 ведут от упомянутой точки начала отсчета 3 реперной системы (или, что эквивалентно, от скоректированного положения вершины 2 инструмента 1), определенным образом согласованной с нулевой точкой отсчета упомянутой трехкоординатной системы отсчета станка. At the same time (in the process of performing these operations), the formed reference system is coordinate-adapted with the mentioned machine reference system in three coordinates X, Y and Z, thereby ensuring registration of the spatial position of the positioned
Как ранее указывалось, в качестве оптической системы индексации положения вершины 2 инструмента 1 используют видеоблок, включающий два идентичных (подключенных к монитору управляющего механизмами перемещения станка компьютера) компьютерных телевизионных микроскопа 4 и 5, главные оптические оси 8 и 9 микрообъективов 6 и 7 которых располагают в плоскостях, параллельных плоскости XY (т.е. плоскости расположения осей X и Y координатной системы отсчета станка и ориентируют вдоль упомянутых осей X и Y. При этом величину ΔZ относительного смещения плоскостей расположения упомянутых оптических осей регистрируют и запоминают. Эта последняя операция является необходимой, преимущественно, для тех случаев, когда заведомо известно, что плоскости расположения главных оптических осей 8 и 9 микрообъективов 6 и 7 смещены одна относительно другой по координатной оси Z системы отсчета станка (поскольку в дальнейшем /т.е. при координатной адаптации реперной системы с координатной системой отсчета станка/ эта отличная от нуля величину ΔZ смещения используется в программном обеспечении станка в качестве корректирующего коэффициента). Такое взаимное пространственное расположение микрообъективов 6 и 7 обеспечивает визуализацию на экране монитора регистрируемых объектов (расположенных в поле зрения объективов) как в плоскости XZ расположения соответствующих координатных осей (посредством микрообъектива 7), так и в плоскости YZ расположения соответствующих координатных осей (посредством микрообъектива 6). As previously indicated, as an optical system for indexing the position of the
Упомянутую реперную систему станка формируют в виде пространственной прямоугольной системы координат X1, Y1, Z1, оси X1 и Y1 которой ориентированы вдоль главных оптических осей 8 и 9 (на фиг. 2 оси X1 и Y1 совпадают с осями 8 и 9) соответствующих микрообъективов 6 и 7, а ось Z61 параллельна оси Z координатной системы отсчета станка. Для индексации заданного положения вершины 2 инструмента 1 в качестве упомянутой точки начала отсчета реперной системы принимают точку 3, которая пространственно расположена в зоне видимости, по меньшей мере, одного (но, преимущественно, обоих) микрообъектива 6 и 7 и лежит на пересечении оси X1 и/или главной оптической оси 8 соответствующего микрообъектива 6 с проекцией на плоскость X1 Y1 главной оптической оси 9 другого микрообъектива 7 (в случае, изображенном на фиг. 2, упомянутая проекция совпадает с оптической осью 9, поскольку величина ΔZ смещения равна нулю). В общем случае в качестве упомянутой точки начала отсчета реперной системы может быть принята и другая точка, например точка пересечения оси X1 с проекцией на плоскость X1 Y1 прямой, параллельной главной оптической оси 9 микрообъектива 7.The reference system of the machine is formed in the form of a spatial rectangular coordinate system X 1 , Y 1 , Z 1 , the axes X 1 and Y 1 of which are oriented along the main
Изображение упомянутого процесса совмещения (т.е. процесса совмещения вершины 2 инструмента 1 с точкой 3 начала отсчета реперной системы станка) выводят на экран монитора управляющего компьютера в виде изображений проекций реперной системы и вершины 2 инструмента 1 на плоскости XZ и YZ расположения соответствующих координатных осей. В результате этого реперная система станка визуализируется на экране в виде перекрестия проекций осей X1 и Z1 (на плоскости XZ, посредством компьютерного телевизионного микроскопа 5) и перекрестия проекций осей Y1 и Z1 (на плоскости YZ, посредством компьютерного телевизионного микроскопа 4).An image of the said alignment process (i.e., the process of aligning the
Процесс совмещения вершины 2 инструмента 1 с указанной точкой 3 начала отсчета реперной системы и, соответственно, координатную адаптацию реперной системы и системы отсчета станка по координатам X, Y и Z (выполняемую с учетом величины ΔZ смещения плоскостей расположения оптических осей микрообъективов) осуществляют последовательно в два этапа. The process of combining the
На первом этапе вершину 2 инструмента 1 вводят в поле зрения первого компьютерного телевизионного микроскопа 5, главная оптическая ось 9 микрообъектива 7 которого ориентирована вдоль оси Y координатной системы отсчета станка. Далее на экране монитора в плоскости XZ совмещают изображения проекции 12 этой вершины 2 с проекцией 10 упомянутой точки 3 реперной системы на указанную плоскость расположения координатных осей X и Z путем относительного перемещения инструмента 1 вдоль указанных осей X и Z (на фиг. 3 перемещение вершины 2 инструмента 1 условно обозначено стрелками S). После чего регистрируют показания координатной системы отсчета станка по координатам X и Z На этом этапе обеспечивается коррекция положения инструмента 1 относительно координатной системы отсчета станка по координатам X и Z. At the first stage, the
На втором этапе вершину 2 инструмента 1 вводят в поле зрения второго компьютерного телевизионного микроскопа 4, главная оптическая ось 8 микрообъектива 6 которого ориентирована вдоль оси X координатной системы отсчета станка. Затем на экране монитора компьютера в плоскости YZ совмещают изображения проекции 13 этой вершины 2 с проекцией 11 упомянутой точки 3 начала отсчета реперной системы на плоскость расположения координатных осей Y и Z путем относительного перемещения инструмента по оси Y (на фиг. 4 перемещение вершины 2 инструмента 1 условно обозначено стрелкой S). После чего регистрируют показания координатной системы отсчета станка по координате Y. На этом этапе обеспечивается коррекция положения вершины 2 инструмента 1 относительно координатной системы отсчета станка по координате Y. At the second stage, the
С учетом того, что величина поля зрения микрообъективов 6 и 7 в зоне реперной точки 3 достаточно мала (по оси Y - 0,375 мм, а по осям X и Y - 0,500 мм), при этом величина разрешающей способности (или абсолютной точности измерения в поле зрения) компьютерных телевизионных микроскопов составляет ± 0,001 мм, процесс совмещения вершины 2 инструмента 1 с реперной точкой 3 (после ввода указанной вершины 2 в поле зрения микрообъективов телевизионных микроскопов) осуществляют посредством дискретных относительных перемещений инструмента 1 с шагом, не превышающим величину разрешающей способности телевизионных микроскопов. Это обеспечивает абсолютно точное (в пределах разрешающей способности телевизионных компьютерных микроскопов) совмещение рассматриваемых изображений (т. е. изображения вершины 2 инструмента 1 и точки 3 начала отсчета реперной системы) на экране монитора и, соответственно, позиционирование инструмента 1 с погрешностью в пределах величины разрешающей способности компьютерных телевизионных микроскопов 4 и 5. Taking into account the fact that the magnitude of the field of view of microscopic lenses 6 and 7 in the zone of the
Окончательную визуальную регистрацию момента совмещения вершины инструмента с точкой 3 начала отсчета реперной системы станка осуществляют непосредственно на экране монитора управляющего компьютера по совмещенным (с учетом максимума контрастности) изображениям соответствующих проекций вершины 2 (или, при необходимости, режущей части) инструмента 1 и реперной системы на соответствующие плоскости координатной системы отсчета станка. The final visual registration of the moment when the tool top coincides with
Ввиду того, что, согласно изобретению, визуализация реперной системы станка на экране монитора осуществляется в виде пересекающихся под прямым углом линий (т. е. перекрестий проекций соответствующих осей координатной системы X1, Y1 и Z1, функционально являющейся реперной системой станка), при соответствующем программном обеспечении в процессе реализации патентуемого способа позиционирования инструмента 1 можно обеспечить измерение геометрических параметров и электронное фотографирование режущей части инструмента, например, для создание банка данных инструментов и т.п.Due to the fact that, according to the invention, the visualization of the benchmark system of the machine on the monitor screen is carried out in the form of lines intersecting at right angles (i.e., the crosshairs of the projections of the corresponding axes of the coordinate system X 1 , Y 1 and Z 1 , which is functionally the benchmark system of the machine), with appropriate software in the process of implementing the patented method of positioning the
Целесообразно также рассмотреть вариант реализации способа позиционирования, согласно изобретению, для случая, когда вершина 2 инструмента 1 изменяет свое пространственное положение (в плоскости X1Y1 реперной системы станка) при его повороте посредством механизма поворота станка на 180o. Такое пространственное изменение положения вершины 2 возможно, например, в тех случаях, когда упомянутая вершина 2 смещена, например, на величину ΔY относительно оси поворота (ориентированной по оси Z координатной системы станка) инструмента 1. Для этого вначале необходимо определить величину ΔY (или ΔY1 что равнозначно) упомянутого смещения вершины 2 посредством поворота инструмента 1 в поле зрения микрообъектива соответствующего компьютерного телевизионного микроскопа и регистрации процесса поворота на мониторе управляющего компьютера. После чего осуществляют коррекцию положения соответствующих осей (в данном случае осей X1 и Z1) или точки 3 начала отсчета реперной системы станка (что равнозначно) на величину ΔY1/2 по оси Y1 в соответствующем направлении (т. е. в направлении вышеупомянутого смещения вершины 2 по этой же оси Y1). Такая коррекция положения реперной системы снижает в процессе последующей обработки примерно в два раза погрешность, возникающую вследствие эксцентричного расположения вершины 2 инструмента 1 относительно оси поворота последнего. Совершенно очевидно, что для этого рассмотренного варианта оптическая ось 8 объектива 6 не будет совпадать с осью X1 реперной системы станка, поскольку последняя принудительно смещается на величину ΔY1/2 по оси Y1.It is also advisable to consider an embodiment of the positioning method according to the invention for the case where the
Таким образом, заявленный способ позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка может быть, преимущественно, использован при механической прецизионной обработке (например, на прецизионных строгальных станках с ЧПУ) изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских форм, рельеф рабочей поверхности которых образован упорядоченным множеством профильных канавок различных размеров и геометрических форм), а также иных изделий с повышенными требованиями к точности обработки, в функциональных слоях которых необходимо обеспечить получение рисунка заданной глубины с субмикронным разрешением его пространственных структур. Thus, the claimed method of positioning a tool in the coordinate reference system of the machine can be mainly used in mechanical precision processing (for example, on precision planing machines with CNC) of products with a complex spatial profile of the machined surface (for example, metallographic forms, the relief of the working surface of which is formed an ordered set of profile grooves of various sizes and geometric shapes), as well as other products with increased requirements for accuracy bots, in the functional layers of which it is necessary to provide a picture of a given depth with a submicron resolution of its spatial structures.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99118186A RU2165348C1 (en) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | Method for positioning tool in coordinate system of machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99118186A RU2165348C1 (en) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | Method for positioning tool in coordinate system of machine tool |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2165348C1 true RU2165348C1 (en) | 2001-04-20 |
Family
ID=20224162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99118186A RU2165348C1 (en) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | Method for positioning tool in coordinate system of machine tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2165348C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103170877A (en) * | 2013-03-31 | 2013-06-26 | 苏州科技学院 | Method of accurate location of diamond turning tool in micro-turning process |
| CN111890123A (en) * | 2019-05-06 | 2020-11-06 | 四川大学 | On-machine detection and calculation method for axial inclination angle of front cutter face of cutter |
-
1999
- 1999-08-20 RU RU99118186A patent/RU2165348C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103170877A (en) * | 2013-03-31 | 2013-06-26 | 苏州科技学院 | Method of accurate location of diamond turning tool in micro-turning process |
| CN111890123A (en) * | 2019-05-06 | 2020-11-06 | 四川大学 | On-machine detection and calculation method for axial inclination angle of front cutter face of cutter |
| CN111890123B (en) * | 2019-05-06 | 2022-02-08 | 四川大学 | On-machine detection and calculation method for axial inclination angle of front cutter face of cutter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10189133B2 (en) | Measurement, calibration and compensation system and method for machine tool | |
| US9027218B2 (en) | Opto-mechanical postion finder | |
| JP5525953B2 (en) | Dimension measuring apparatus, dimension measuring method and program for dimension measuring apparatus | |
| JP3738456B2 (en) | Article position detection method and apparatus | |
| KR20100017396A (en) | Image processing device and image processing method for performing three dimensional measurements | |
| US9302345B2 (en) | Laser machining calibration method | |
| WO2018160326A1 (en) | Automatic alignment of a 3d model to a test object | |
| JP5467962B2 (en) | Measurement setting data creation device, measurement setting data creation method, program for measurement setting data creation device, and dimension measurement device | |
| JP2021193400A (en) | Method for measuring artefact | |
| JP3963975B2 (en) | Mounting position data creation method and mounting inspection method | |
| CN105425724A (en) | High-precision motion positioning method and apparatus based on machine vision scanning imaging | |
| CN102538707B (en) | Three dimensional localization device and method for workpiece | |
| RU2279964C1 (en) | Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex | |
| RU2165348C1 (en) | Method for positioning tool in coordinate system of machine tool | |
| JPH06137842A (en) | Method and device for measuring rotary tool blade part form | |
| JP3257924B2 (en) | Normal line detection method and apparatus for three-dimensional laser beam machine | |
| JPH06243236A (en) | Setting device for coordinate system correction parameter of visual recognizer | |
| CN113909993B (en) | Reverse gap measuring method, machining method and measuring system | |
| Clark et al. | Measuring range using a triangulation sensor with variable geometry | |
| CN117242411A (en) | Determining profile fidelity of a laser cutter | |
| RU2360771C2 (en) | Actuating system incorporated with software-hardware complex designed to cut discrete shaped etched images in operating layer of printed circuit | |
| KR102434419B1 (en) | Precision 3D scanning device and method using multi-point markers and stereo vision | |
| KR20040009550A (en) | Efficient digitizing in reverse engineering by sensor fusion | |
| RU14022U1 (en) | SUPER-PRECISIVE STROGAL MACHINE | |
| CN116135454A (en) | Apparatus and method for measuring tool |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170821 |