RU219945U1 - Измерительная рука для наладки инструмента - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области металлообработки и может быть использована для наладки режущего инструмента станков. Измерительная рука содержит корпус, закрепляемый на станке, рычаг, подвижно закрепленный в корпусе при помощи вращающейся втулки, и на свободном конце которого установлен датчик касания с чувствительным элементом, который приводят в контакт с кромкой режущего инструмента при перемещении рычага в рабочее положение, электронный блок обнаружения, закрепленный в датчике касания, и выходы которого связаны со входами электронного блока формирования сигнала, закрепленного в упомянутом корпусе и связанного своими выходами с входами электронного блока отслеживания, светодиодный индикатор, выполненный с возможностью подключения к контроллеру станка с возможностью загораться и гаснуть в зависимости от положений упомянутых рычага и чувствительного элемента. При этом электронный блок отслеживания закреплен в упомянутом корпусе, а упомянутый светодиодный индикатор встроен в датчик касания и содержит один светодиод. Использование полезной модели позволяет упростить конструкцию руки и повысить надежность ее работы. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Полезная модель относится к измерительной руке для наладки инструмента, более конкретно к механической измерительной руке для наладки режущего инструмента металлообрабатывающих станков.

Такие измерительные руки содержат неподвижно закрепляемый на станке корпус, в котором подвижно закреплен при помощи вращающейся втулки рычаг, на свободном конце которого установлен датчик касания (называемый также зондом) с отклоняющимся чувствительным элементом (называемый также щупом или стилусом). Измерительная рука вручную перемещается из нерабочего в рабочее положение, таким образом, что чувствительный элемент датчика касания может приходить в контакт с кромкой режущего инструмента металлообрабатывающего станка. При этом поворотное устройство измерительной руки позволяет с высокой точностью и повторяемостью позиционировать ее в рабочее положение для проверки износа или поломки режущего инструмента, или для наладки режущего инструмента. После проверки или наладки инструмента рука вручную возвращается в нерабочее положение и не мешает работе станка. Сигналы от датчика касания, сигналы о положении руки (рабочее/нерабочее) поступают в ЧПУ (контроллер) металлорежущего станка. При помощи измерительной руки для наладки инструмента, можно легко и быстро определить размер и положение режущего инструмента. Для начала калибруют датчик касания, чтобы установить взаимоотношение между положениями шпинделя станка и чувствительного элемента датчика касания. При наладке инструмента сначала устанавливается размер и положение режущего инструмента перед использованием его для обработки детали, наладка может производиться как по длине режущего инструмента, так и по диаметру. Затем, после обработки деталей на станке, для обнаружения неисправного инструмента при помощи измерительной руки выполняют проверку длины или диаметра инструмента с целью определения не выкрошено ли лезвие инструмента и не поломан ли инструмент после того, как была выполнена последняя наладка. ЧПУ обрабатывает сигналы от датчика касания и при необходимости сообщает оператору станка о необходимости замены инструмента.

Из патентного документа № US 6470584 (опубл.29.10.2002) известна измерительная рука для наладки инструмента металлорежущего станка. Измерительная рука содержит неподвижно закрепляемый на станке корпус, в котором подвижно закреплен при помощи вращающейся втулки рычаг, на свободном конце которого установлен датчик касания с отклоняющимся чувствительным элементом. Измерительная рука содержит пару электрических контактов, которые обеспечивают электрическое соединение между датчиком и контроллером станка через интерфейс, причем электрические контакты функционально соединены, когда измерительная рука находится в рабочем положении и разорваны, когда она находится в нерабочем положении. Измерительная рука содержит электронный блок формирования сигнала, который подает питание на датчик и принимает сигналы от датчика. Датчик касания при контакте его чувствительного элемента с режущим инструментом станка генерирует аналоговый сигнал, который затем преобразуется электронным блоком формирования сигнала в выходной дискретный сигнал (триггер), который через интерфейс поступает в контроллер станка и позволяет контроллеру регистрировать положение датчика касания. При этом электронный блок формирования сигнала расположен в рычаге руки, а состояние выходного дискретного сигнала (триггера) и, следовательно, сигнала от датчика касания указывается с помощью двухцветного светодиодного индикатора, расположенного на рычаге руки рядом с датчиком. Светодиодный индикатор имеет зеленый цвет, соответствующий статусу измерительной руки и датчика «Готов к работе», и красный цвет, соответствующий статусу датчика «Запущен» (что также соответствует статусу «Чувствительный элемент отклонен от состояния покоя» или «Триггер датчика сработал») которые обеспечиваются парой светодиодов, один из которых излучает зеленый, а другой - красный цвет. Выходной сигнал электронного блока формирования сигнала проявляется в отслеживании изменения одного или нескольких параметров сигналов, проходящих через эту пару светодиодов. Измерительная рука имеет также электронный блок обнаружения в датчике касания, этот электронный блок служит для формирования выходного сигнала от датчика касания при обнаружении отклонения от состояния покоя чувствительного элемента. Интерфейс содержит электронный блок отслеживания, который отслеживает статус датчика «готов» или «запущен» в зависимости от выходного сигнала электронного блока формирования сигнала. Измерительная рука, интерфейс и контроллер станка связаны между собой кабелями. Недостатком такого устройства является сложная схема электронного блока формирования сигнала, с большим количеством электронных компонентов, в том числе наличие отдельного светодиода из пары диодов, расположенного на рычаге рядом с датчиком касания, а также размещение электронного блока отслеживания в отдельном устройстве - интерфейсе между измерительной рукой и контроллером станка.

Известна также измерительная рука НРРА (Фиг. 1) для наладки инструмента производства фирмы Ренишоу (Renishaw pic, Великобритания). Источник - руководство по эксплуатации и установке прецизионной измерительной руки НРРА «Installation and user's guide № H-2000-5186-07-В», опубликовано в июле 2018 компанией Renishaw pic, адрес: New Mills, Wotton-under-Edge, Gloucestershire, GL12 8JR, United Kingdom (Великобритания). Измерительная рука (2) содержит неподвижно закрепляемый на станке корпус, в котором подвижно закреплен при помощи вращающейся втулки рычаг (3), на свободном конце которого установлен датчик касания (4) с отклоняющимся чувствительным элементом (5). Измерительная рука перемещается на 90° из нерабочего в рабочее положение, таким образом, что чувствительный элемент датчика касания может приходить в контакт с кромкой режущего инструмента (1) станка. Измерительная рука содержит электрические контакты, которые обеспечивают электрическое соединение между датчиком (4) и контроллером станка (на Фиг. 1 обозначен как ЧПУ станка) через интерфейс (6), расположенный между измерительной рукой и контроллером станка. Интерфейс является принадлежностью измерительной руки и поставляется вместе с ней. Измерительная рука содержит электронный блок формирования сигнала, размещенный внутри измерительной руки, электронный блок формирования сигнала подает питание на датчик и принимает сигналы от датчика. Датчик касания имеет электронный блок обнаружения, выходами соединенный со входами электронного блока формирования сигнала, который служит для обнаружения отклонения от состояния покоя чувствительного элемента и расположенный внутри датчика касания. При контакте чувствительного элемента с режущим инструментом станка электронный блок обнаружения датчика генерирует выходной сигнал, который затем преобразуется электронным блоком формирования сигнала в выходной дискретный сигнал (триггер), который поступает в контроллер станка через интерфейс и позволяет контроллеру регистрировать положение датчика касания. При этом состояние выходного дискретного сигнала (триггера) и, следовательно, сигнала от датчика касания указывается с помощью двухцветного светодиодного индикатора (8), расположенного на рычаге измерительной руки рядом с датчиком. Светодиодный индикатор имеет зеленый цвет, соответствующий статусу измерительной руки и датчика «Готовы к работе», и красный цвет, соответствующий статусу датчика «Чувствительный элемент отклонен от состояния покоя». Светодиодный индикатор обеспечивается парой светодиодов, один из которых излучает зеленый, а другой - красный цвет. Выходной сигнал электронного блока формирования сигнала проявляется в отслеживании изменения параметров сигналов, проходящих через эту пару светодиодов. Схема электронного блока формирования сигнала данного устройства схожа со схемой электронного блока формирования сигнала, описанного выше аналога по патенту US 6470584 (фиг. 5 к патенту). Интерфейс содержит электронный блок отслеживания, который своими входами соединен с выходами электронного блока формирования сигнала. Электронный блок отслеживания формирует и передает в контроллер станка выходные дискретные сигналы (0 В или 24 В) о статусе «Станок в состоянии готовности», «Измерительная рука в состоянии готовности» и выходные дискретные сигналы (0 В или 24 В) о статусе «Чувствительный элемент отклонен от состояния покоя», «Чувствительный элемент в состоянии покоя» в зависимости от выходного сигнала от электронного блока формирования сигнала. Измерительная рука, интерфейс и контроллер станка связаны между собой кабелями. После проверки и наладки режущего инструмента станка измерительная рука возвращается вручную в нерабочее положение, при этом датчик касания оказывается в защитном корпусе (7), который защищает его от повреждения и загрязнения при работе станка.

На фигуре 2 показана схема электронного блока отслеживания интерфейса прототипа. На схеме: ARO - сигнал, подтверждающий, что измерительная рука находится в положении «Измерительная рука в состоянии готовности»; MRO - сигнал, подтверждающий, что станок находится в положении «Станок в состоянии готовности»; Probe Ν/Ο - датчик, нормально открытый (нормально разомкнутый); Probe N/C - датчик, нормально закрытый (нормально замкнутый); Probe common - датчик, общий.

Конфигурация формируемых электронными блоками измерительной руки, датчика касания и интерфейса выходных сигналов в зависимости от положения измерительной руки и чувствительного элемента датчика касания показана на фигуре 3.

Когда измерительная рука находится в нерабочем положении, а датчик касания находится в защитном корпусе (на фиг. 3 не указаны), контроллер станка получает дискретный сигнал (24 В), что рука находится в положении «Станок в состоянии готовности» (MRO), светодиодный индикатор (на фиг. 3 не показан) выключен, контакты 7 и 9 (фиг. 2) замкнуты. Как только измерительная рука начинает отводиться из нерабочего положения в рабочее, контакты 7 и 9 размыкаются (0 В). Как только измерительная рука достигает рабочего положения замыкаются контакты 6 и 8 (фиг. 2) и контроллер станка получает дискретный сигнал (24 В) «Измерительная рука в состоянии готовности» (ARO), контакты 21 и 20 замыкаются (24 В), контакты 12 и 20 размыкаются (0 В), светодиодный индикатор горит зеленым. При отклонении чувствительного элемента датчика касания (на фиг.3 не указан) контакты 21 и 20 размыкаются (0 В), контакты 12 и 20 замыкаются (24 В), светодиодный индикатор горит красным. При возвращении измерительной руки в нерабочее положение датчик касания отключается, светодиодный индикатор гаснет, контакты приходят в исходное положение. Это техническое решение выбрано за ближайший аналог заявляемой полезной модели. Недостатком такого устройства является сложная схема электронного блока формирования сигнала, с большим количеством электронных компонентов, в том числе наличие отдельного светодиодного индикатора из пары светодиодов, расположенного на рычаге измерительной руки рядом с датчиком касания, а также размещение электронного блока отслеживания в отдельном устройстве - интерфейсе между измерительной рукой и контроллером станка. Это увеличивает трудоемкость изготовления измерительной руки, снижает ее надежность из-за большого числа электронных компонентов и электрических соединений, усложняет монтаж на станке из-за наличия дополнительного устройства - интерфейса, который должен устанавливаться в шкафу управления станка.

Перед авторами стояла задача устранения присущих прототипу недостатков, а именно - упрощение конструкции измерительной руки, и, как следствие, снижение трудоемкости изготовления, увеличение надежности. Поставленная задача решается созданием измерительной руки без дополнительного устройства - интерфейса, а также созданием измерительной руки с минимальным количеством электронных компонентов и электрических соединений.

Для достижения указанного технического результата измерительная рука содержит корпус, выполненный с возможностью неподвижного закрепления на металлообрабатывающем станке, в котором подвижно закреплен при помощи вращающейся втулки рычаг, на свободном конце которого установлен датчик касания с отклоняющимся чувствительным элементом, который выполнен с возможностью приведения в контакт с кромкой режущего инструмента станка при перемещении рычага в рабочее положение, электронный блок обнаружения, закрепленный в датчике касания, связанный выходами со входами электронного блока формирования сигнала, закрепленным в корпусе измерительной руки и связанным выходами с входами электронного блока отслеживания, измерительная рука содержит также светодиодный индикатор, выполненный с возможностью подключения к контроллеру станка с возможностью загораться и гаснуть в зависимости от положений упомянутых рычага и чувствительного элемента, при этом электронный блок отслеживания закреплен в корпусе измерительной руки, а упомянутый светодиодный указатель встроен в датчик касания и содержит один светодиод. Целесообразно электронный блок формирования сигнала и электронный блок отслеживания конструктивно выполнить на одной (общей) печатной плате, закрепленной в корпусе измерительной руки. Целесообразно применить красный светодиод.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что электронный блок отслеживания закреплен в корпусе измерительной руки, светодиодный индикатор закреплен на датчике касания и обеспечивается одним светодиодом, желательно красным диодом, в одном из случаев воплощения полезной модели электронный блок формирования сигнала и электронный блок отслеживания выполнены в виде одной (общей) печатной платы, закрепленной в корпусе измерительной руки. Благодаря размещению электронного блока отслеживания в корпусе измерительной руки удается избавиться от дополнительного устройства - интерфейса между измерительной рукой и контроллером станка. Благодаря применению датчика касания со встроенным светодиодным индикатором упрощается конструкция рычага измерительной руки, так как отпадает необходимость в отверстии под светодиодный индикатор и в устройстве для закрепления светодиодного индикатора на рычаге. Благодаря применению в светодиодном индикаторе одного светодиода удается уменьшить число электронных компонентов и упростить электронные схемы электронных блоков обнаружения, формирования сигнала и отслеживания. Выполнение в частном случае электронного блока формирования сигнала и электронного блока отслеживания на одной (общей) печатной плате, закрепленной в корпусе измерительной руки, позволяет упростить конструкцию руки, кроме того это позволяет минимизировать ошибки при сборке, упростить и ускорить монтаж. Красный цвет светодиода предпочтительнее, так как традиционно является предупреждающим цветом. Благодаря перечисленным признакам упрощена конструкция измерительной руки, и, как следствие, снижена трудоемкость изготовления, увеличена надежность.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами.

На фигуре 1 показан измерительная рука по прототипу, на фигуре 2 упрощено показана схема интерфейса по прототипу, на фигуре 3 схематично показана конфигурация выходных сигналов, формируемых в измерительной руке по прототипу, на фигуре 4 упрощено показана схема предлагаемого по полезной модели устройства измерительной руки, на фигуре 5 схематично показана конфигурация выходных дискретных сигналов (0 В или 24 В), формируемых в предлагаемой по полезной модели измерительной руке, на фигуре 6 показан датчик касания предлагаемой по полезной модели измерительной руки в данном конкретном показанном случае воплощения полезной модели, на фигуре 7 показан неподвижно закрепляемый на станке корпус предлагаемой по полезной модели измерительной руки в данном конкретном показанном случае воплощения полезной модели, на фигуре 8 - измерительная рука по предлагаемой полезной модели в нерабочем положении в данном конкретном показанном случае воплощения полезной модели, где 1 - режущий инструмент станка, 2 - измерительная рука, 3 - рычаг измерительной руки (2), 4 - датчик касания, 5 - чувствительный элемент датчика касания (4), 6 - интерфейс (по прототипу), 7 - защитный корпус датчика касания (4), 8 светодиодный индикатор, 9 - неподвижно закрепленный на станке корпус измерительной руки (2), 10 - вращающаяся втулка измерительной руки (2), 11 - плата блока формирования сигнала и электронного блока отслеживания в корпусе (9) измерительной руки (2), 12 - крепление при помощи винта платы (11) в корпусе (9) измерительной руки (2).

На фигуре 4: ARO - сигнал, подтверждающий, что измерительная рука (2) находится в положении «рука в состоянии готовности»; MRO - сигнал, подтверждающий, что станок находится в положении «станок в состоянии готовности»; Trigger - инверсный сигнал триггера датчика касания (4). Конфигурация формируемых схемами измерительной руки (2) выходных сигналов в зависимости от положения измерительной руки (2) и чувствительного элемента (5) датчика касания (4) показана на фигуре 5.

Когда измерительная рука (2) находится в нерабочем положении, а датчик касания (4) находится в защитном корпусе (7) (на фиг.5 не указаны), на выход MRO подается напряжение 24 В (контроллер станка получает дискретный сигнал 24 В), на выходах ARO и Trigger - 0 В (контроллер станка получает дискретный сигнал 0 В), рука находится в положении «станок в состоянии готовности» (MRO), светодиодный индикатор (8) (на фиг. 5 не указан) не горит. Как только измерительная рука (2) начинает отводиться из нерабочего положения в рабочее, на выходе MRO 0 В (контроллер станка получает дискретный сигнал 0 В). Как только измерительная рука (2) достигает рабочего положения, на выход ARO подается напряжение 24 В - «рука в состоянии готовности», на выходе MRO - 0 В (контроллер станка получает соответствующие дискретные сигналы), выход Trigger зависит от положения чувствительного элемента (5) датчика касания (4) (на фиг. 5 не указаны). Если чувствительный элемент (5) не отклонен от своего положения, светодиодный индикатор (8) горит (контроллер станка получает дискретный сигнал 24 В). При отклонении чувствительного элемента (5) светодиодный индикатор гаснет (контроллер станка получает дискретный сигнал 0 В). При возвращении измерительной руки (2) в нерабочее положение датчик касания (4) отключается, выходные сигналы приходят в исходное положение. Для определения что измерительная рука (2) по предлагаемой полезной модели находится в положении «рука в состоянии готовности» (ARO) или статуса «станок в состоянии готовности» (MRO), поворотное устройство (на фигурах не указано) измерительной руки (2), связанное с вращающейся втулкой (10) содержит магниты (не показаны), а электронный блок формирования сигнала включает два магнитных сенсора - цифровые датчики Холла (не показаны).

Как показано на фигуре 7, электронный блок формирования сигнала и электронный блок отслеживания выполнены в виде одной (общей) печатной платы (11), закрепленной внутри корпуса (9) измерительной руки (2) при помощи винтов (12). Измерительная рука (2), как показано на фигуре 8, закрепляется на станке (не показан) неподвижно и с необходимой точностью при помощи крепежных фланцев с крепежными отверстиями (не указаны) на корпусе (9) и крепежных элементов (не показаны). Благодаря вращающейся втулке (10), рычаг (3) измерительной руки (2) может быть отведен вручную на 90°, при этом измерительная рука (2) перемещается из нерабочего положения, когда ее датчик касания находится в защитном корпусе (7), в рабочее положение, при этом магниты поворотного устройства меняют свое положение, датчики Холла выдают сигнал о смене положения измерительной руки. Причем электронные блоки формирования сигнала и электронный блок отслеживания сконфигурированы таким образом, что питание на блок обнаружения подается только тогда, когда рука находится в статусе «рука в состоянии готовности» (ARO). Защитный корпус (7) также закрепляется на станке при помощи крепежных элементов (не показаны).

Датчик касания и его чувствительный элемент могут иметь другую форму, светодиод может иметь отличный от красного цвет, форма рычага измерительной руки, неподвижно закрепляемого корпуса, защитного корпуса и вращаемой втулки зависит от конфигурации станка и также может отличаться от показанной на фигурах.

Заявляемое техническое решение измерительной руки для наладки инструмента может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования и технологий. В качестве датчика касания могут быть использованы доступные на рынке датчики касания с отклоняемым чувствительным элементом, снабженные светодиодным индикатором (к примеру, производства фирмы Pioneer), цифровые датчики Холла (к примеру, производства фирмы Texas Instrument), доступные на рынке электронные компоненты. Предлагаемое устройство измерительной руки для наладки инструмента было реализовано на предприятии заявителя по чертежам СПКИ.000.00.000 и применено в токарном станке.

Claims (3)

1. Измерительная рука для наладки инструмента, содержащая корпус, выполненный с возможностью неподвижного закрепления на металлообрабатывающем станке, рычаг, подвижно закрепленный в корпусе при помощи вращающейся втулки, и на свободном конце которого установлен датчик касания с отклоняющимся чувствительным элементом, который выполнен с возможностью приведения в контакт с кромкой режущего инструмента станка при перемещении рычага в рабочее положение, электронный блок обнаружения, закрепленный в датчике касания, и выходы которого связаны со входами электронного блока формирования сигнала, закрепленного в упомянутом корпусе и связанного своими выходами с входами электронного блока отслеживания, светодиодный индикатор, выполненный с возможностью подключения к контроллеру станка с возможностью загораться и гаснуть в зависимости от положений упомянутых рычага и чувствительного элемента, отличающаяся тем, что электронный блок отслеживания закреплен в упомянутом корпусе, а упомянутый светодиодный индикатор встроен в датчик касания и содержит один светодиод.

2. Измерительная рука по п. 1, отличающаяся тем, что электронный блок формирования сигнала и электронный блок отслеживания конструктивно выполнены на одной общей печатной плате, закрепленной в упомянутом корпусе.

3. Измерительная рука по п. 1, отличающаяся тем, что в светодиодном индикаторе использован светодиод, имеющий красный цвет.