RU2279964C1 - Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex - Google Patents

Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex Download PDF

Info

Publication number
RU2279964C1
RU2279964C1 RU2005116120/02A RU2005116120A RU2279964C1 RU 2279964 C1 RU2279964 C1 RU 2279964C1 RU 2005116120/02 A RU2005116120/02 A RU 2005116120/02A RU 2005116120 A RU2005116120 A RU 2005116120A RU 2279964 C1 RU2279964 C1 RU 2279964C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tool
coordinate
machine
functional layer
point
Prior art date
Application number
RU2005116120/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
залов Сергей Юрьевич В (RU)
Сергей Юрьевич Вязалов
Аркадий Владимирович Трачук (RU)
Аркадий Владимирович Трачук
Андрей Валерьевич Чеглаков (RU)
Андрей Валерьевич Чеглаков
Александр Васильевич Курочкин (RU)
Александр Васильевич Курочкин
Владимир Васильевич Павлов (RU)
Владимир Васильевич Павлов
Александр Георгиевич Писарев (RU)
Александр Георгиевич Писарев
Евгений Михайлович Метельский (RU)
Евгений Михайлович Метельский
Виктор Сергеевич Солдатченков (RU)
Виктор Сергеевич Солдатченков
Виктор Афанасьевич Чекмарев (RU)
Виктор Афанасьевич Чекмарев
Алексей Иванович Климов (RU)
Алексей Иванович Климов
Александр Игоревич Мочалов (RU)
Александр Игоревич Мочалов
Яков Михайлович Ашкиназий (RU)
Яков Михайлович Ашкиназий
Валерий Анатольевич Чеглаков (RU)
Валерий Анатольевич Чеглаков
Андрей Владимирович Журавлев (RU)
Андрей Владимирович Журавлев
Original Assignee
Научно-исследовательский институт Гознака
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт Гознака filed Critical Научно-исследовательский институт Гознака
Priority to RU2005116120/02A priority Critical patent/RU2279964C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2279964C1 publication Critical patent/RU2279964C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention can be used in machining of workpieces with complex relief of engraving pattern formed on surface of functional layer of blanks on NC machines. Prior to forming reference coordinate system X1Y1Z1, correction of control programs of NC system for deflection from flatness of working surface of functional layer of blank is carried out. For this purpose blank is preliminarily secured on mounting surface of device for spatial orientation and is spatially orientated along plane XY. For this purpose great number of points on numbering section of surface arranged on said surface at preset pitch are numbered according to coordinates "z". Form and area of numbering section are regulated by form and area of engraving pattern formed on said surface. Numbering is started from point farthest from center of section and is continued by scanning of numbering section by measuring devices with provision of registration of values of "z" coordinate in each numbering point and automatic correction of control programs of NC system basing on results of numbering. Reference coordinate system X1Y1Z1 is formed from initial numbering point being functionally zero point of said system whose coordinates are verified before beginning of machining by provision of mechanical contact of top of tool secured on spindle with working surface of functional layer of blank in said point. Positioning and counting of motions of tool in process of forming fragments of three-dimensional pattern of engraving in functional layer of blank are carried out from said zero point of reference system X1Y1Z1 according to control programs of NC system with due account of additional correction introduced basing on results of numbering.
EFFECT: improved quality of engraved patter.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть, преимущественно, использовано при автоматизированной механической обработке изделий со сложным пространственным профилем фрагментов рисунка законченной гравюры, формируемой посредством обработки строганием (строгальным резцом) на рабочей поверхности функционального слоя заготовки (например, металлографских модельных форм) на прецизионных металлорежущих (строгальных) станках с системой числового программного управления (ЧПУ).The invention relates to the field of mechanical engineering and can be mainly used in automated mechanical processing of products with a complex spatial profile of fragments of a finished engraving pattern formed by processing by planing (planing cutter) on the working surface of the workpiece functional layer (for example, metallographic model forms) on precision metal-cutting (planing) machines with a numerical control system (CNC).

Из уровня техники 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 г., с.477-487).The prior art methods of 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 fix 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 system that of the machine (Yu.I. Kuznetsov et al. "Equipment for CNC machines", reference book, M .: Mashinostroenie, 1990, p. 477-487).

Из уровня техники известен также 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. В 23 Q 15/22, 1978 г.).The prior art also knows a method of 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, with the help of an optical position indexing system, it is recorded that its vertex reaches a predetermined reference point by combining the aforementioned vertex with the reference point of reference system of the machine (autonomously formed in space by an optical position indexing system) and displaying the image of the alignment process on the screen by means of ktivov. After completion of the alignment process described above, the coordinate system of the machine is zeroed (adapted to the coordinate system of the machine) according to the corresponding (in this case, one) coordinate and the reference for further tool movements is carried out from the reference point functionally adapted with a zero reference point of the coordinate system of the machine (SU, 612754, CL 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 (формируемого в функциональном слое заготовки) в ортогональной трехкоординатной системе отсчета.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 data known from the prior art methods (due to their use only for certain types of processing, in particular - for precision boring holes) are able to provide the necessary accuracy of positioning the top of the cutting edge of the tool in the coordinate frame of the machine in only one coordinate. That is, the considered methods are not acceptable in those cases when, in order to ensure a given processing accuracy, it is necessary to provide a correction of the position of the tool tip in the coordinate reference system of the machine in three coordinates. For example, when machining on precision planing machines metallographic forms with a complex spatial profile of the microrelief (formed in the functional layer of the workpiece) in an orthogonal three-coordinate reference 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 случае 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 machining accuracy due to changes in the geometry of the formed profile (especially in the case of cutting, for example, curved profile grooves on the surface of the product), since the spatial orientation of the vertex and, accordingly, the cutting edge of the tool relative to the original (Zero) point of reference machine coordinate system.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту изобретения является способ позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка автоматизированного гравировального комплекса, заключающийся в следующем. Формируют ортогональную реперную координатную систему X1Y1Z1. Осуществляют пространственную координатную привязку ее нулевой точки к нулевой точке ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка, пространственно адаптированной с исходными управляющими программами системы числового програмного управления (ЧПУ), посредством которых формируют фрагменты объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки, которую закрепляют и позиционируют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации относительно плоскости XY координатной системы XYZ. А также осуществляют операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и коррекции по координатам «x1» и «y1» проходящей через эту вершину продольной оси инструмента относительно параллельной оси Z или Z1 действительной оси вращения шпинделя станка с обеспечением визуального отображения результатов упомянутых операций фотографирования, позиционирования и коррекции на экране монитора управляющего механизмами перемещения станка компьютера и координатной адаптации этих результатов с управляющими программами системы ЧПУ посредством оптико-электронной измерительной системы. Данная система включает телевизионный компьютерный микроскоп, который стационарно закрепляют на основном столе станка таким образом, что главная оптическая ось его объектива ориентирована по направлению возвратно-поступательного перемещения основного стола станка вдоль осей Х или X1 соответствующих координатных систем и координатно адаптирована с нулевой точкой координатной системы X1Y1Z1. Для этого режущую часть инструмента вводят в поле зрения объектива упомянутого микроскопа. Его вершину совмещают с перекрестием ортогональных осей на экране монитора, которое расположено на главной оптической оси упомянутого объектива, и осуществляют поворот шпинделя шпиндельной бабки станка на угол в пределах 360°. А позиционирование и отсчет перемещений инструмента в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от упомянутой нулевой точки реперной системы X1Y1Z1 согласно управляющим программам системы ЧПУ с учетом коррекции по координатам «x1» и «y1» упомянутой продольной оси инструмента относительно действительной оси вращения шпинделя станка (RU патент №2165348).The closest in technical essence to the claimed object of the invention is a method for positioning a tool in a coordinate reference system of a machine tool of an automated engraving complex, which consists in the following. An orthogonal reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 is formed . Spatial coordinate reference of its zero point to the zero point of the orthogonal coordinate system XYZ of the machine reference, spatially adapted with the original control programs of the numerical program control system (CNC), is used to form fragments of the volumetric picture of the engraving in the functional layer of the workpiece, which is fixed and positioned on the installation surface devices for spatial orientation relative to the XY plane of the XYZ coordinate system. And they also carry out operations of photographing the front surface of the cutting part of the tool, positioning its top in three coordinates relative to the zero point of the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 and correcting for the coordinates “x 1 ” and “y 1 ” passing through this vertex of the longitudinal axis of the tool relative to parallel to the axis Z 1 or Z actual spindle rotational axis to visually display results of said photographing operations of positioning and adjustment for screen upravlyayuscheg a mechanism for moving the computer machine and coordinate the adaptation of these results with management software CNC system through electro-optical measuring system. This system includes a television computer microscope, which is stationary mounted on the main table of the machine in such a way that the main optical axis of its lens is oriented in the direction of reciprocating movement of the main table of the machine along the X or X 1 axes of the corresponding coordinate systems and coordinate adapted with the zero point of the coordinate system X 1 Y 1 Z 1 . For this, the cutting part of the instrument is introduced into the field of view of the lens of the said microscope. Its top is combined with a crosshair of orthogonal axes on the monitor screen, which is located on the main optical axis of the aforementioned lens, and the spindle headstock is rotated by an angle of 360 °. And the positioning and counting of tool movements during the formation of fragments of the volumetric engraving pattern in the functional layer of the workpiece is conducted from the mentioned zero point of the reference system X 1 Y 1 Z 1 according to the control programs of the CNC system, taking into account the correction with respect to the coordinates “x 1 ” and “y 1 ” of the aforementioned the longitudinal axis of the tool relative to the actual axis of rotation of the spindle of the machine (RU patent No. 2165348).

К недостаткам данного известного из уровня техники способа следует отнести недостаточную точность позиционирования для целей повышения качества и точности обработки изделий со сложным пространственным профилем микрорельефа рисунка формируемой (в функциональном слое заготовки) гравюры. Объясняется это, во-первых, тем, что в данном известном способе не предусматривается осуществление коррекции управляющих программ системы ЧПУ на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки по результатам оцифровки по координатам «z» множества, расположенных с заданным шагом, точек этой поверхности на участке оцифровки (форма и площадь которого регламентируется формой и площадью формируемого на этой поверхности рисунка гравюры). А, во-вторых, тем, что реперная координатная система (в частности, ее нулевая точка) формируется в отрыве от рабочей поверхности функционального слоя заготовки.The disadvantages of this method known from the prior art include insufficient positioning accuracy to improve the quality and accuracy of processing products with a complex spatial profile of the microrelief of the pattern of the engraving being formed (in the functional layer of the workpiece). This is explained, firstly, by the fact that this known method does not provide for the correction of control programs of the CNC system to deviate from the flatness of the working surface of the workpiece functional layer by digitizing points of this surface on the z coordinates of a set located at a given step digitization plot (the shape and area of which is regulated by the shape and area of the engraving pattern formed on this surface). And, secondly, the fact that the reference coordinate system (in particular, its zero point) is formed in isolation from the working surface of the functional layer of the workpiece.

В результате этого позиционирование и отсчет перемещений инструмента в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от сформированной нулевой точки реперной системы X1Y1Z1 согласно управляющим программам системы ЧПУ без учета их дополнительной коррекции по результатам оцифровки.As a result of this, the positioning and counting of the tool movements during the formation of fragments of the volumetric engraving pattern in the workpiece functional layer are conducted from the formed zero point of the reference system X 1 Y 1 Z 1 according to the control programs of the CNC system without taking into account their additional correction according to the digitization results.

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 the accuracy of processing 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 due to this processing parameter, as a rule, additional degrees of protection against fakes of the mentioned valuable products.

В основу заявленного способа позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка автоматизированного гравировального комплекса была положена задача обеспечения (с помощью известных из уровня техники средств) упрощения технологии прецизионного позиционирования вершины и, соответственно, режущей части инструмента в трехкоординатной системе отсчета при повышении точности позиционирования для целей повышения качества и точности обработки изделий со сложным пространственным профилем микрорельефа рисунка формируемой (в функциональном слое заготовки) гравюры.The claimed method for positioning a tool in the coordinate system of a machine tool of an automated engraving complex was based on the task of providing (using means known from the prior art) the simplification of the technology of precision positioning of the vertex and, accordingly, the cutting part of the tool in a three-coordinate reference system with increasing positioning accuracy for increasing purposes quality and accuracy of processing products with a complex spatial profile of the microrelief of the pattern formed (in the functional layer of the workpiece) engravings.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка автоматизированного гравировального комплекса, заключающемся в том, что формируют ортогональную реперную координатную систему X1Y1Z1; осуществляют пространственную координатную привязку ее нулевой точки к нулевой точке ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка, пространственно адаптированной с исходными управляющими программами системы числового програмного управления (ЧПУ), посредством которых формируют фрагменты объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки, которую закрепляют и позиционируют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации относительно плоскости XY координатной системы XYZ; а также осуществляют операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и коррекции по координатам «x1» и «у1» проходящей через эту вершину продольной оси инструмента относительно параллельной оси Z или Z1 действительной оси вращения шпинделя станка с обеспечением визуального отображения результатов упомянутых операций фотографирования, позиционирования и коррекции на экране монитора управляющего механизмами перемещения станка компьютера и координатной адаптации этих результатов с управляющими программами системы ЧПУ посредством оптико-электронной измерительной системы, включающей телевизионный компьютерный микроскоп, который стационарно закрепляют на основном столе станка таким образом, что главная оптическая ось его объектива ориентирована по направлению возвратно-поступательного перемещения основного стола станка вдоль осей Х или X1 соответствующих координатных систем и координатно адаптирована с нулевой точкой координатной системы X1Y1Z1; для этого переднюю поверхность режущей части инструмента вводят в поле зрения объектива упомянутого микроскопа, его вершину совмещают с перекрестием ортогональных осей на экране монитора, которое расположено на главной оптической оси упомянутого объектива, и осуществляют поворот шпинделя шпиндельной бабки станка на угол в пределах 360°; при этом позиционирование и отсчет перемещений инструмента в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от упомянутой нулевой точки реперной системы X1Y1Z1 согласно исходным управляющим программам системы ЧПУ с учетом коррекции по координатам «x1» и «у1» упомянутой продольной оси инструмента относительно действительной оси вращения шпинделя станка, согласно изобретению перед формированием реперной координатной системы X1Y1Z1 осуществляют коррекцию управляющих программ системы ЧПУ на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки, которую предварительно закрепляют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации и пространственно ориентируют вдоль плоскости XY; для чего производят оцифровку по координатам «z» множества расположенных с заданным шагом точек этой поверхности на участке оцифровки, форма и площадь которого регламентируется формой и площадью формируемого на этой поверхности рисунка гравюры; оцифровку начинают с наиболее удаленной от центра участка оцифровки точки и продолжают посредством сканирования участка оцифровки средствами измерения с обеспечением регистрации значений координаты «z» в каждой точке оцифровки и автоматической коррекции управляющих программ ЧПУ по результатам оцифровки; реперную координатную систему X1Y1Z1 формируют от начальной точки оцифровки, функционально являющейся нулевой точкой этой системы, координаты которой перед началом обработки уточняют посредством обеспечения механического контакта вершины закрепленного в шпинделе инструмента с рабочей поверхностью функционального слоя заготовки в этой точке; при этом позиционирование и отсчет перемещений инструмента в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от упомянутой нулевой точки реперной системы X1Y1Z1 согласно управляющим программам системы ЧПУ с учетом их дополнительной коррекции по результатам оцифровки.The problem is achieved due to the fact that in the method of positioning the tool in the coordinate reference system of the machine tool of the automated engraving complex, which consists in the formation of the orthogonal reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 ; carry out spatial coordinate reference of its zero point to the zero point of the machine coordinate XYZ coordinate system, spatially adapted with the original control programs of the numerical program control system (CNC), by means of which fragments of a three-dimensional engraving pattern are formed in the workpiece functional layer, which is fixed and positioned on the installation surface devices for spatial orientation relative to the XY plane of the XYZ coordinate system; and they also carry out operations of photographing the front surface of the cutting part of the tool, positioning its vertices in three coordinates relative to the zero point of the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 and correcting for the coordinates “x 1 ” and “at 1 ” the longitudinal axis of the tool passing through this vertex relative to parallel to the Z or Z axis 1 of the actual axis of rotation of the machine spindle with the visual display of the results of the above-mentioned photographing, positioning and correction operations on the monitor screen on the mechanisms of moving the computer machine and coordinate adaptation of these results with the control programs of the CNC system by means of an optoelectronic measuring system including a television computer microscope, which is stationary mounted on the main table of the machine so that the main optical axis of its lens is oriented in the direction of reciprocating movement the main table of the machine along the X or X 1 axes of the corresponding coordinate systems and coordinate adapted with zero point ordinate system X 1 Y 1 Z 1 ; for this, the front surface of the cutting part of the tool is introduced into the field of view of the lens of the said microscope, its vertex is combined with a crosshair of the orthogonal axes on the monitor screen, which is located on the main optical axis of the said lens, and the spindle headstock is rotated by an angle of 360 °; at the same time, the positioning and counting of tool movements during the formation of fragments of the volumetric engraving pattern in the workpiece functional layer is conducted from the mentioned zero point of the reference system X 1 Y 1 Z 1 according to the initial control programs of the CNC system taking into account the correction along the coordinates “x 1 ” and “at 1 "The said longitudinal axis of the tool relative to the actual axis of rotation of the spindle of the machine, according to the invention before forming the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 carry out the correction of the control programs of the system we are CNC on a deviation from the flatness of the working surface of the functional layer of the workpiece, which is pre-fixed on the mounting surface of the device for spatial orientation and spatially oriented along the XY plane; why they are digitized at the “z” coordinates of the set of points of this surface located at a given step in the digitizing area, the shape and area of which is regulated by the shape and area of the engraving pattern formed on this surface; digitization starts from the point farthest from the center of the digitizing section and continues by scanning the digitizing section with measuring instruments to ensure registration of the “z” coordinate values at each digitization point and automatic correction of CNC control programs based on the digitization results; the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 is formed from the starting digitization point, which is functionally the zero point of this system, the coordinates of which are specified before processing by providing mechanical contact between the top of the tool fixed in the spindle and the working surface of the workpiece functional layer at this point; at the same time, the positioning and counting of the tool movements during the formation of fragments of the volumetric engraving pattern in the workpiece functional layer is conducted from the mentioned zero point of the reference system X 1 Y 1 Z 1 according to the control programs of the CNC system, taking into account their additional correction according to the digitization results.

Оптимально упомянутые операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и коррекции по координатам «x1» и «у1» проходящей через эту вершину продольной оси инструмента относительно параллельной оси Z или Z1 действительной оси вращения шпинделя станка посредством оптико-электронной измерительной системы осуществляют в прямом и теневом свете, для чего упомянутую измерительную систему оснащают экраном, расположенным в поле зрения объектива телевизионного компьютерного микроскопа позади зоны ввода инструмента в это поле, а также двумя осветителями, один из которых устанавливают с возможностью осуществления подсветки экрана, а другой - передней поверхности режущей части инструмента.The optimally mentioned operations of photographing the front surface of the cutting part of the tool, positioning its top in three coordinates relative to the zero point of the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 and correcting for the coordinates “x 1 ” and “at 1 ” the longitudinal axis of the tool passing through this vertex relative to the parallel axis Z or Z 1 of the actual axis of rotation of the machine spindle by means of an optoelectronic measuring system is carried out in direct and shadow light, for which the said measuring system is equipped with a screen Ohm, located in the field of view of the lens of a television computer microscope behind the input zone of the instrument in this field, as well as two illuminators, one of which is installed with the ability to illuminate the screen, and the other - the front surface of the cutting part of the tool.

Целесообразно предварительное позиционирование закрепленной заготовки посредством устройства для пространственной ориентации перед оцифровкой осуществлять посредством определения и регистрации соответствующими средствами измерения значений координат «z», по меньшей мере, трех, не лежащих на одной прямой, точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки и последующего выравнивания в диапазоне допустимых отклонений величин этих значений посредством регулировочных узлов устройства для пространственной ориентации заготовок.It is advisable to pre-position the fixed workpiece by means of a device for spatial orientation before digitizing by determining and registering with the appropriate means of measuring the coordinate values “z” of at least three points of the working surface of the workpiece functional layer that do not lie on one straight line and subsequent alignment in the range of acceptable deviations of the values of these values through the adjusting nodes of the device for the spatial orientation of the workpiece OK.

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 task 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 combination of 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 current law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию критерия патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ был проведен 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.To check the conformity of the claimed invention to the patentability criterion, the INVENTIVE LEVEL, an additional search was carried out 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 essential features and transformations to the claimed invention the technical result achievement sees applicant.

В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:In particular, the claimed invention does not provide for the following transformations of a known prototype object:

- 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;- addition of a well-known object by any well-known sign, attached to it according to known rules, to achieve a technical result, in respect of which the influence of such additions is established;

- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;- replacement of any sign of a known object with another well-known sign to achieve a technical result, in respect of which the influence of such a replacement is established;

- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;- the exclusion of any sign of a known object with the simultaneous exclusion due to the presence of this sign of the function and the achievement of the usual result for this exclusion;

- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;- 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;

- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;- 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;

- 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.- 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:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:

- 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);- 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);

- 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;- for the claimed subject matter as 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 is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- 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 - схема оцифровки фрагмента рисунка гравюры.Figure 1 is a diagram of the digitization of a fragment of an engraving drawing.

Фиг.2 - алгоритм оцифровки участка рабочей поверхности заготовки контактными средствами измерения (т.е. контактным методом) посредством индуктивного датчика.Figure 2 - algorithm for digitizing a portion of the working surface of the workpiece by contact measuring means (i.e., by the contact method) by means of an inductive sensor.

Фиг.3 - оптико-электронная измерительная система.Figure 3 - optoelectronic measuring system.

Фиг.4 - условная схема коррекции по координатам «x1» и «у1» продольной оси инструмента (проходящей через его вершину) относительно действительной оси вращения шпинделя станка (параллельной оси Z или Z1).Figure 4 - conditional correction scheme for the coordinates "x 1 " and "at 1 " of the longitudinal axis of the tool (passing through its top) relative to the actual axis of rotation of the spindle of the machine (parallel to the axis Z or Z 1 ).

Техническая сущность патентуемого способа позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка (преимущественно, для обработки изделий строганием) автоматизированного гравировального комплекса заключается в следующем.The technical essence of the patented method of positioning the tool in the coordinate reference system of the machine (mainly for processing products by planing) of an automated engraving complex is as follows.

Перед формированием реперной координатной системы X1Y1Z1 осуществляют коррекцию исходных управляющих программ системы ЧПУ (например, типа CNC модели Sinumerik 840Di) на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки. При этом заготовку предварительно закрепляют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации и ориентируют вдоль плоскости XY ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка.Before forming the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 , the initial control programs of the CNC system (for example, the CNC model type Sinumerik 840Di) are corrected for deviation from the flatness of the working surface of the workpiece functional layer. In this case, the workpiece is pre-fixed on the mounting surface of the device for spatial orientation and oriented along the XY plane of the machine coordinate orthogonal coordinate system XYZ.

Для осуществления упомянутой коррекции исходных управляющих программ производят оцифровку по координатам «z» множества (расположенных с заданным шагом) точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки на участке оцифровки, форма и площадь которого регламентируется формой и площадью формируемого на этой поверхности рисунка гравюры. Оцифровку начинают с наиболее удаленной от центра участка оцифровки точки и продолжают посредством сканирования участка оцифровки средствами измерения с обеспечением регистрации значений координаты «z» в каждой точке оцифровки (точность оцифровки в плоскости поверхности функционального слоя заготовки обеспечивается в пределах порядка 20...30 мкм) и автоматической коррекции управляющих программ ЧПУ по результатам оцифровки.To carry out the said correction of the initial control programs, the set of points (located at a given step) of the points of the working surface of the workpiece functional layer is digitized at the z-coordinates in the digitizing section, the shape and area of which is regulated by the shape and area of the engraving pattern formed on this surface. Digitization starts from the point farthest from the center of the digitizing section and continues by scanning the digitizing section with measuring instruments to ensure registration of the “z” coordinate values at each digitizing point (digitization accuracy in the plane of the surface of the workpiece functional layer is ensured within the range of 20 ... 30 μm) and automatic correction of CNC control programs based on the results of digitization.

Оцифровка рабочей поверхности функционального слоя заготовки является технологической операцией, необходимой для корректного формирования рисунка гравюры на этой поверхности. Как правило, поверхность заготовки имеет плавное изменение геометрии (в частности, высоты неровностей относительно плоскости XY координатной системы отсчета станка). Чтобы учесть это изменение производится вышеупомянутая оцифровка заготовки. Для этого могут применяться различные известные из уровня техники средства измерения, которые делятся на контактные и бесконтактные. Например, индуктивный датчик, используемый в рассматриваемом автоматизированном гравировальном комплексе, является контактным. К бесконтактным средствам измерения относятся, например, интерферометры и лазерные измерители. Последние имеют важное преимущество перед контактными, поскольку нет необходимости подъема/опускания датчика над поверхностью заготовки, для того чтобы не повредить ее зеркальную рабочую поверхность в процессе сканирования. Однако стоимость лазерного измерителя значительно выше стоимости контактного датчика.Digitization of the working surface of the functional layer of the workpiece is a technological operation necessary for the correct formation of an engraving pattern on this surface. As a rule, the surface of the workpiece has a smooth change in geometry (in particular, the height of the bumps relative to the XY plane of the coordinate system of the machine). To account for this change, the aforementioned digitization of the workpiece is performed. For this, various measuring instruments known from the prior art can be used, which are divided into contact and non-contact. For example, the inductive sensor used in this automated engraving complex is a contact. Non-contact measuring instruments include, for example, interferometers and laser meters. The latter have an important advantage over contact ones, since there is no need to raise / lower the sensor above the surface of the workpiece, so as not to damage its mirror working surface during scanning. However, the cost of a laser meter is significantly higher than the cost of a contact sensor.

Другим недостатком контактного измерителя является наличие в нем инерционного элемента (т.е. пружины), что требует соответствующего учета (в частности - определения временного интервала выдержки для погашения колебательных процессов) при регистрации измеряемого значения.Another disadvantage of a contact meter is the presence of an inertial element (i.e., a spring) in it, which requires appropriate consideration (in particular, determining the exposure time interval for damping oscillatory processes) when registering the measured value.

Оцифровка заготовки осуществляется с помощью установленного в гнездо держателя инструмента (т.е. шпинделя шпиндельной бабки станка) индуктивного датчика, подключенного к индуктивному преобразователю. Индуктивный преобразователь имеет аналоговый выход, на котором формируется выходной сигнал в виде уровня напряжения. Выходной сигнал подается на один из входов платы аналогово-цифрового преобразования (АЦП), установленной в персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ) системы ЧПУ.The workpiece is digitized using an inductive sensor connected to the inductive transducer installed in the socket of the tool holder (i.e., the spindle of the machine headstock). The inductive converter has an analog output on which an output signal is generated in the form of a voltage level. The output signal is fed to one of the inputs of the analog-to-digital conversion (ADC) board installed in a personal electronic computer (PC) of the CNC system.

Для избежания помех, в том числе, вырабатываемых импульсным источником питания индуктивного преобразователя, подключение производится по дифференциальной схеме.To avoid interference, including that generated by a pulsed power source of the inductive converter, the connection is made according to a differential circuit.

На входе платы АЦП максимальному значению (верхняя граница диапазона) соответствует напряжение +5 В, а минимальному (нижняя граница диапазона) -5 В. Разрядность АЦП составляет 12 бит. Таким образом, при максимальном входном диапазоне ±5 В, дискретность составит 0.0025 В, следовательно, при максимальном диапазоне измерений индуктивного преобразователя ±100 мкм дискретность измерений составит 0.05 мкм (что на два порядка превышает точность позиционирования по координате Z, обеспечиваемая непосредственно станком).At the input of the ADC board, the maximum value (upper limit of the range) corresponds to a voltage of +5 V, and the minimum (lower limit of the range) -5 V. The resolution of the ADC is 12 bits. Thus, with a maximum input range of ± 5 V, the resolution will be 0.0025 V, therefore, with a maximum measurement range of an inductive transducer of ± 100 μm, the measurement resolution will be 0.05 μm (which is two orders of magnitude higher than the positioning accuracy in the Z coordinate provided directly by the machine).

Таким образом, для организации процесса оцифровки необходимо:Thus, to organize the digitization process, it is necessary:

- определить габариты формируемого на рабочей поверхности функционального слоя заготовки рисунка гравюры;- determine the dimensions formed on the working surface of the functional layer of the workpiece drawing engravings;

- назначить величину шага между соседними точками оцифровки;- assign a step size between adjacent digitization points;

- сформировать набор кадров (команд) для их отработки на станке;- form a set of frames (teams) for practicing on the machine;

- определить время выдержки, необходимое для погашения колебательных воздействий пружины индуктивного датчика на результат измерения;- determine the exposure time required to cancel the oscillatory effects of the inductive sensor spring on the measurement result;

- организовать последовательный обход каждой из точек оцифровки (т.е. сканирование участка оцифровки).- organize a sequential bypass of each of the points of digitization (i.e., scanning a section of digitization).

Шаг между соседними точками оцифровки выбирается исходя из плотности элементов рисунка гравюры и качества рабочей поверхности функционального слоя используемой заготовки.The step between adjacent points of digitization is selected based on the density of the elements of the engraving pattern and the quality of the working surface of the functional layer of the workpiece used.

Формирование набора кадров (команд) подразумевает создание последовательности команд для организации процесса оцифровки. Так как применяется контактное средство измерения (т.е. индуктивный датчик), то существует необходимость для поднятия индуктивного датчика над рабочей поверхностью функционального слоя заготовки при его перемещении (в процессе сканирования) к следующей точке оцифровки.The formation of a set of frames (teams) implies the creation of a sequence of commands for organizing the digitization process. Since contact measuring means (i.e., inductive sensors) are used, there is a need to raise the inductive sensors above the working surface of the workpiece functional layer when it is moved (during scanning) to the next digitizing point.

Алгоритм оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки можно представить в виде, как показано на фиг.2, графических материалов.The algorithm for digitizing the working surface of the functional layer of the workpiece can be represented in the form, as shown in figure 2, of graphic materials.

Схема оцифровки фрагмента участка оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки представлена на фиг.1 графических материалов (изображен фрагмент заготовки с нанесенной на него сеткой оцифровки).The scheme for digitizing a fragment of the digitizing portion of the working surface of the workpiece functional layer is shown in Fig. 1 of graphic materials (a fragment of the workpiece with a digitizing grid deposited on it is shown).

Коррекция управляющих программ системы ЧПУ на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки (коррекция по координате Z) учитывает неровности рабочей поверхности функционального слоя заготовки (на которой производится формирование рисунка гравюры). По результатам оцифровки вносятся соответствующие изменения в исходную управляющую программу по координате Z.Correction of control programs of the CNC system to deviate from the flatness of the working surface of the workpiece functional layer (correction along the Z coordinate) takes into account irregularities of the work surface of the workpiece functional layer (on which the engraving pattern is formed). Based on the results of digitization, appropriate changes are made to the original control program at the coordinate Z.

Для расчета действительной координаты (z0) произвольной токи (Р0) (расположенной на участке оцифровки) между точками оцифровки формируются треугольные плоскости, позволяющие определить необходимое приращение (dz) по координате Z.To calculate the actual coordinate (z0) of an arbitrary current (P0) (located on the digitizing section), triangular planes are formed between the digitizing points, which make it possible to determine the necessary increment (dz) from the Z coordinate.

Согласно фиг.1 графических материалов:According to figure 1 graphic materials:

- точка Р0 - это точка, для которой производится коррекция управляющей программы по координате Z;- point P0 - this is the point for which the correction of the control program is performed in the coordinate Z;

- набор точек P1, P2 и Р3 определяют ближайшую плоскость, охватывающую точку Р0, для которой производится коррекция.- a set of points P1, P2 and P3 determine the nearest plane covering the point P0, for which correction is performed.

Для определения приращения (dz) по координате Z составляется система уравнений:To determine the increment (dz) by the Z coordinate, a system of equations is compiled:

Figure 00000002
Figure 00000002

Решив систему уравнений, величину приращения (dz) по координате Z можно рассчитать по формуле:Having solved the system of equations, the increment (dz) in the Z coordinate can be calculated by the formula:

dz=А·х0+В·y0+С,dz = A · x0 + B · y0 + C,

таким образом, новое значение (z′) по координате Z в точке (х0, y0) будет равно:thus, the new value (z ′) along the Z coordinate at the point (x0, y0) will be equal to:

z′=z0+dz.z ′ = z0 + dz.

После осуществления операции оцифровки и соответствующей коррекции исходных управляющих программ системы ЧПУ формируют ортогональную реперную координатную систему X1Y1Z1.After the digitization operation and the corresponding correction of the initial control programs of the CNC system, an orthogonal reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 is formed .

Реперную координатную систему X1Y1Z1 формируют от начальной точки (x1=0, у1=0, z1=0) оцифровки (функционально являющейся нулевой точкой этой системы), координаты которой (перед началом обработки) уточняют посредством обеспечения механического контакта вершины инструмента (закрепленного в шпинделе станка) с рабочей поверхностью функционального слоя заготовки в этой точке с последующей адаптацией реперной координатной системы X1Y1Z1 с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ.The reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 is formed from the starting point (x 1 = 0, y 1 = 0, z 1 = 0) of digitization (which is functionally the zero point of this system), the coordinates of which (before processing) are specified by providing mechanical the contact of the top of the tool (fixed in the spindle of the machine) with the working surface of the functional layer of the workpiece at this point, followed by adaptation of the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 with a zero reference point of the original control programs.

Упомянутую адаптацию осуществляют через пространственную координатную привязку нулевой точки координатной системы X1Y1Z1 к нулевой точке ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка, пространственно адаптированной с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ системы числового програмного управления (ЧПУ).The mentioned adaptation is carried out through spatial coordinate reference of the zero point of the coordinate system X 1 Y 1 Z 1 to the zero point of the orthogonal coordinate system XYZ of the machine reference, spatially adapted with a zero point of reference of the original control programs of the numerical program control system (CNC).

Исходные управляющие программы предназначены для формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки, которую (как ранее указывалось) предварительно закрепляют и позиционируют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации относительно плоскости XY координатной системы XYZ. Исходные управляющие программы для формирования рисунка гравюры на рабочей поверхности функционального слоя изделия составляется (базируется) от некоторой исходной точки формируемого рисунка гравюры, координаты которой программно адаптированы с вышеупомянутой нулевой точкой отсчета реперной координатной системы X1Y1Z1.The initial control programs are designed to form fragments of a three-dimensional engraving pattern in the functional layer of the workpiece, which (as previously indicated) is pre-fixed and positioned on the installation surface of the device for spatial orientation relative to the XY plane of the XYZ coordinate system. The initial control programs for forming an engraving pattern on the working surface of the product functional layer is compiled (based) from a certain starting point of the engraving pattern being formed, the coordinates of which are programmatically adapted with the aforementioned zero reference point of the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 .

После завершения формирования и соответствующей привязки реперной координатной системы X1Y1Z1 к нулевой точке отсчета управляющих программ осуществляют позиционирование непосредственно режущей части инструмента (в частности, его вершины) относительно нулевой точки отсчета управляющих программ, координатно адаптированной с координатной системой XYZ станка (т.е. с нулевой точкой этой системы).After completion of the formation and appropriate binding of the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 to the zero reference point of the control programs, the tool directly positioning the cutting part (in particular, its tip) relative to the zero reference point of the control programs coordinate adapted with the coordinate system XYZ of the machine (t .e. with zero point of this system).

Для этого осуществляют операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и коррекции по координатам «x1» и «у1» проходящей через эту вершину продольной оси инструмента относительно параллельной оси Z или Z1 действительной оси вращения шпинделя станка. При этом обеспечивают визуальное отображение результатов упомянутых операций фотографирования, позиционирования и коррекции на экране монитора управляющего механизмами перемещения станка компьютера, а также координатную адаптации этих результатов с управляющими программами системы ЧПУ.To do this, perform operations of photographing the front surface of the cutting part of the tool, positioning its top in three coordinates relative to the zero point of the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 and correcting for the coordinates “x 1 ” and “at 1 ” the longitudinal axis of the tool passing through this vertex relative to parallel to the Z axis or Z 1 of the actual axis of rotation of the machine spindle. At the same time, they provide a visual display of the results of the above-mentioned photographing, positioning and correction operations on a monitor screen controlling the movement mechanisms of a computer machine, as well as coordinate adaptation of these results with control programs of the CNC system.

Для реализации этих процессов используют оптико-электронную измерительную систему. Данная система включает телевизионный компьютерный микроскоп 1, который стационарно закрепляют на основном столе станка таким образом, что главная оптическая ось его объектива 2 ориентирована по направления возвратно-поступательного перемещения основного стола станка вдоль осей Х (или X1) соответствующих координатных систем и координатно адаптирована с нулевой точкой координатной системы X1Y1Z1.To implement these processes, an optical-electronic measuring system is used. This system includes a television computer microscope 1, which is stationary mounted on the main table of the machine in such a way that the main optical axis of its lens 2 is oriented in the direction of the reciprocating movement of the main table of the machine along the axes X (or X 1 ) of the corresponding coordinate systems and coordinate adapted zero point of the coordinate system X 1 Y 1 Z 1 .

Таким образом, переднюю поверхность режущей части инструмента (резца 3) вводят в поле зрения объектива 2 упомянутого микроскопа 1, его вершину совмещают с перекрестием ортогональных осей на экране монитора, которое расположено на главной оптической оси упомянутого объектива 2, и осуществляют поворот шпинделя шпиндельной бабки станка на угол в пределах 360°.Thus, the front surface of the cutting part of the tool (cutter 3) is introduced into the field of view of the lens 2 of the aforementioned microscope 1, its apex is aligned with the crosshair of the orthogonal axes on the monitor screen, which is located on the main optical axis of the aforementioned lens 2, and the spindle head of the machine is rotated at an angle within 360 °.

Резец 3 вводится в область поля зрения объектива 2 телевизионного микроскопа 1 в ручном режиме после его заточки и установки в рабочий шпиндель станка. Поворот шпинделя вокруг его оси, по меньшей мере, на угол в 360° осуществляется для выявления величины радиального смещения в плоскости XY (или X1Y1) вершины резца 3 (или продольной оси, проходящей через эту вершину, что равнозначно) относительно реальной оси вращения шпинделя. Поправка на величину выявленного смещения вводится в исходную программу ПЭВМ системы ЧПУ с соответствующей коррекцией этой программы в отношении данного конкретного инструмента (резца 3).The cutter 3 is introduced into the field of view of the lens 2 of the television microscope 1 in manual mode after it is sharpened and installed in the working spindle of the machine. The spindle is rotated around its axis by at least 360 ° to detect the radial displacement in the XY (or X 1 Y 1 ) plane of the tip of cutter 3 (or the longitudinal axis passing through this vertex, which is equivalent) relative to the real axis spindle rotation. The correction for the magnitude of the detected offset is introduced into the initial PC program of the CNC system with the corresponding correction of this program in relation to this particular tool (cutter 3).

Иными словами, в ручном режиме вершина резца 3 корректируется по центру оптических осей объектива телевизионного микроскопа 1 (визуально отображенных на экране монитора ПЭВМ в увеличенном масштабе), перекрестие которых изначально координатно адаптировано с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ.In other words, in manual mode, the tip of the cutter 3 is adjusted in the center of the optical axes of the objective of the television microscope 1 (visually displayed on a PC monitor on an enlarged scale), the crosshair of which is initially coordinate-adapted with a zero reference point of the original control programs.

В процессе технологического цикла обработки (т.е. после заданного числа отработанных управляющих программ или их файлов) инструмент может автоматически (посредством откорректированной исходной программы ПЭВМ) вводиться в координатно зафиксированную (вышеописанными методами) точку, расположенную в поле зрения телевизионного микроскопа (т.е. точку, совпадающую с перекрестием ортогональных оптических осей объектива) для фотографирования режущей части инструмента с целью обеспечения контроля ее качества и оценки пригодности инструмента для дальнейшей обработки. После каждого фотографирования инструмент возвращается (также в автоматическом режиме) в ту же точку рабочей поверхности заготовки, на которой был прерван технологический цикл обработки.During the technological processing cycle (i.e., after a given number of worked out control programs or their files), the tool can be automatically (through the adjusted original PC program) entered into a coordinate-fixed (by the above-described methods) point located in the field of view of a television microscope (i.e. point coinciding with the crosshair of the orthogonal optical axes of the lens) for photographing the cutting part of the tool in order to ensure its quality control and assess the suitability of the tool for further processing. After each photographing, the tool returns (also in automatic mode) to the same point on the work surface of the workpiece on which the processing cycle was interrupted.

Прецизионная обработка изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских форм, рельеф рисунка формируемых на рабочей поверхности функционального слоя заготовки гравюр 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 выполнения и сопряжения участков с различной формой и профилем формируемого рельефа. Поскольку размеры используемого для данной обработки инструмента могут быть аттестованы с погрешностью того же порядка, что и технологически заданные допуски на изготовление гравюр, а при 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 нулевой точки реперной координатной системы X1Y1Z1 отсчета станка с последующей коррекцией упомянутого фактического положения рабочих элементов инструмента относительно этой координатной системы. 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 X1, Y1 и Z1 координатной системы отсчета станка.Precision processing of products with a complex spatial profile of the machined surface (for example, metallographic forms, the relief of the pattern formed on the working surface of the functional layer of the engraving blanks 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 processing accuracy, in functional layers of which it is necessary to provide a picture of a given depth with a submicron resolution of its structures) requires exactly and execution of conjugation sites 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 as the technologically specified tolerances for the production of engravings, and when changing the tool, in addition, additional errors in the position of the tip (and, accordingly, cutting edge) of the tool arise, the need arises after each provide accurate tool change by the actual position of its vertex (cutting edge) relative to the zero point of the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 of the machine frame subsequent correction of the position of said actual working elements of the tool relative to this 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 1 , Y 1 and Z 1 of the coordinate reference system of the machine.

Ввиду того, что, согласно изобретению визуальное отображение привязки к сформированной реперной системе X1Y1Z1 станка на экране монитора осуществляется в виде пересекающихся под прямым углом соответствующих осей, при соответствующем программном обеспечении в процессе реализации патентуемого способа позиционирования инструмента 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 visual display of the binding to the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 of the machine on the monitor screen is carried out in the form of corresponding axes intersecting at right angles, with the appropriate software in the process of implementing the patented method of positioning the tool, it is possible to measure geometric parameters and electronic photographing of the cutting part of the tool, for example, to create a data bank of tools, etc.

В связи с вышеизложенным, целесообразно более подробно рассмотреть вариант реализации способа позиционирования, согласно изобретению, для случая, когда вершина инструмента (а соответственно и его продольная ось, проходящая через эту вершину) изменяет свое пространственное положение (в плоскости Х1Y1 реперной координатной системы станка) при его повороте совместно со шпинделем на угол в пределах 360°. Такое пространственное изменение положения вершины возможно, например, в тех случаях, когда упомянутая вершина смещена, например, на величину «y1» относительно оси вращения шпинделя станка (ориентированной по оси «Z» координатной системы отсчета станка). Для этого случая вначале необходимо определить величину «y» (или «y1», что равнозначно) упомянутого смещения вершины посредством поворота инструмента совместно со шпинделем в поле зрения объектива компьютерного телевизионного микроскопа и произвести визуальную регистрацию процесса поворота на мониторе управляющего компьютера. После чего необходимо осуществить вышеупомянутую коррекцию управляющих программ в соответствии с вычисленной величиной смещения.In connection with the foregoing, it is advisable to consider in more detail an embodiment of the positioning method, according to the invention, for the case when the top of the tool (and, accordingly, its longitudinal axis passing through this top) changes its spatial position (in the plane X 1 Y 1 of the reference coordinate system machine) when it is rotated together with the spindle through an angle within 360 °. Such a spatial change in the position of the vertex is possible, for example, in cases where the aforementioned vertex is offset, for example, by a value of "y 1 " relative to the axis of rotation of the spindle of the machine (oriented along the "Z" axis of the coordinate reference system of the machine). For this case, it is first necessary to determine the value of "y" (or "y 1 ", which is equivalent) of the aforementioned displacement of the vertex by rotating the tool together with the spindle in the field of view of the lens of a computer television microscope and visually recording the rotation process on the monitor of the control computer. Then it is necessary to carry out the above correction of the control programs in accordance with the calculated offset value.

Схема определения величины вышеупомянутого смещения вершины инструмента (а соответственно и его продольной оси, проходящей через эту вершину) представлена на фиг.4 графических материалов.The scheme for determining the magnitude of the aforementioned displacement of the tool tip (and, accordingly, its longitudinal axis passing through this peak) is shown in Fig. 4 of graphic materials.

Согласно данной схеме расчет новых значений (X1 и Y1) координат Х и Y вершины резца (или его продольной оси, проходящей через эту вершину) в плоскости XY рассчитывается по следующим формулам:According to this scheme, the calculation of new values (X 1 and Y 1 ) of the X and Y coordinates of the tip of the cutter (or its longitudinal axis passing through this vertex) in the XY plane is calculated by the following formulas:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Ку - величина коррекции по Y. Определяется как середина отрезка [X1, X11]. Знак определяется путем определения положения инструмента относительно оси микроскопа: если при повороте резца из положения 90° в положение 270° инструмент располагается справа, то знак плюс, иначе минус;where Ku is the correction value in Y. It is defined as the middle of the segment [X1, X1 1 ]. The sign is determined by determining the position of the tool relative to the axis of the microscope: if when the tool is rotated from 90 ° to 270 °, the tool is on the right, then the plus sign, otherwise minus;

Кх - величина коррекции по X. Определяется как длина отрезка [Х2, Х21]. Знак определяется в соответствии со следующим правилом. Если инструмент в положении 0° отклонился от оси поворота вправо, то знак минус, иначе плюс;Kx is the correction value by X. It is defined as the length of the segment [X2, X2 1 ]. The mark is determined in accordance with the following rule. If the tool in the 0 ° position deviates from the rotation axis to the right, then the minus sign, otherwise plus;

X1 - новое значение координаты Х с учетом коррекции;X 1 - the new value of the X coordinate, taking into account the correction;

Y1 - новое значение координаты Y с учетом коррекции;Y 1 - the new value of the Y coordinate, taking into account the correction;

С - угол поворота инструмента.C is the angle of rotation of the tool.

Следует учесть, что (согласно данной схеме) движение вдоль плоскости XY осуществляется посредством перемещения стола с заготовкой, а инструмент (или шпиндель) может осуществлять движение только вокруг своей оси.It should be noted that (according to this scheme) the movement along the XY plane is carried out by moving the table with the workpiece, and the tool (or spindle) can only move around its axis.

Такая коррекция управляющих программ снижает в процессе последующей обработки примерно в два раза погрешность, возникающую вследствие эксцентричного расположения вершины инструмента относительно оси поворота шпинделя. Таким образом (согласно заявленного способа) позиционирование и отсчет перемещений инструмента в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от упомянутой нулевой точки реперной системы X1Y1Z1 согласно исходным управляющим программам системы ЧПУ с учетом коррекции по координатам «x1» и «y1» продольной оси инструмента (проходящей через его вершину) относительно действительной оси вращения шпинделя станка (параллельной оси Z или Z1), а также коррекции по результатам оцифровки.Such correction of control programs during the subsequent processing halves the error due to the eccentric location of the tool tip relative to the axis of rotation of the spindle. Thus (according to the claimed method), the positioning and counting of tool movements during the formation of fragments of the volumetric engraving pattern in the workpiece functional layer are conducted from the mentioned zero point of the reference system X 1 Y 1 Z 1 according to the initial control programs of the CNC system taking into account the coordinate correction “x 1 ”And“ y 1 ”of the longitudinal axis of the tool (passing through its top) relative to the actual axis of rotation of the machine spindle (parallel to the Z or Z 1 axis), as well as correction according to the results of digitization.

Следует отметить, что упомянутые операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и коррекции по координатам «x1» и «y1» продольной оси инструмента относительно действительной оси вращения шпинделя станка посредством оптико-электронной измерительной системы целесообразно осуществлять в прямом и теневом свете. Для этого упомянутую измерительную систему оснащают отражающим экраном 4, расположенным в поле зрения объектива 2 телевизионного компьютерного микроскопа 1 позади зоны ввода инструмента в это поле, а также двумя осветителями 5 и 6. Один из осветителей 5 в этом варианте реализации способа необходимо устанавливать с возможностью осуществления подсветки экрана, а другой осветитель 6 - с возможностью осуществления подсветки передней поверхности режущей части инструмента.It should be noted that the above-mentioned operations of photographing the front surface of the cutting part of the tool, positioning its vertex in three coordinates relative to the zero point of the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 and correction according to the coordinates “x 1 ” and “y 1 ” of the longitudinal axis of the tool relative to the real axis It is advisable to carry out the rotation of the machine spindle by means of an optoelectronic measuring system in direct and shadow light. To do this, the said measuring system is equipped with a reflective screen 4 located in the field of view of the lens 2 of the television computer microscope 1 behind the input zone of the instrument into this field, as well as two illuminators 5 and 6. One of the illuminators 5 in this embodiment of the method must be installed with the possibility of screen illumination, and another illuminator 6 - with the ability to illuminate the front surface of the cutting part of the tool.

Данный вариант конструктивного исполнения оптико-электроной измерительной системы изображен на фиг.3 графических материалов заявки.This embodiment of the optoelectronic measuring system is shown in figure 3 of the graphic materials of the application.

Данная система стационарно устанавливается на основном столе станка (осуществляющим возвратно-поступательное перемещение вдоль оси Х /или X1/ соответствующих координатных систем станка).This system is permanently installed on the main table of the machine (performing reciprocating movement along the axis X / or X 1 / of the corresponding coordinate systems of the machine).

Между телевизионной камерой и объективом телевизионного компьютерного микроскопа установлены удлинительные кольца. Оптико-электронная часть измерительной системы фиксируется на двух стойках 8 и 9 с регулируемой высотой. Выбранная высота закрепляется фиксатором 10. Осветители 5 и 6 и экран 4 закреплены на третьей стойке 11 и регулируются по высоте одновременно с оптико-электронной частью.Extension rings are installed between the television camera and the lens of the television computer microscope. The optoelectronic part of the measuring system is fixed on two racks 8 and 9 with adjustable height. The selected height is fixed by a latch 10. The illuminators 5 and 6 and the screen 4 are mounted on the third rack 11 and are height-adjustable simultaneously with the optoelectronic part.

Телевизионная камера 12 соединяется с компьютером телевизионным кабелем посредством установленной в нем платы видеозахвата, например, модели EZ Capture фирмы Aver Media. В качестве телевизионной камеры 12 может быть использована черно-белая телекамера RC - 583С с встроенным блоком питания, а в качестве осветителей -3 - осветители светодиодные белого света марки "Porta".The television camera 12 is connected to the computer with a television cable by means of a video capture card installed in it, for example, Aver Media's EZ Capture model. As a television camera 12, a black-and-white RC-583C television camera with a built-in power supply can be used, and as illuminators -3, Porta brand white LED illuminators.

Использование в оптико-электронной измерительной системе отражающего экрана 4 и двух осветителей 5 и 6 позволяет повысить контрастность изображения режущей части инструмента (в особенности ее границ, т.е., режущих кромок) на экране монитора, что повышает качество и эффективность контроля его параметров в режиме автоматического фотографировыания.The use of a reflecting screen 4 and two illuminators 5 and 6 in the optical-electronic measuring system allows increasing the contrast of the image of the cutting part of the tool (especially its borders, i.e., cutting edges) on the monitor screen, which increases the quality and effectiveness of monitoring its parameters in automatic photographing mode.

Предварительное позиционирование закрепленной заготовки посредством устройства для пространственной ориентации перед оцифровкой осуществляют посредством определения и регистрации соответствующими средствами измерения значений координат «z», по меньшей мере, трех не лежащих на одной прямой точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки и последующего выравнивания в диапазоне допустимых отклонений величин этих значений посредством регулировочных узлов устройства для пространственной ориентации заготовок.The preliminary positioning of the fixed workpiece by means of a device for spatial orientation before digitization is carried out by determining and registering with the appropriate means of measuring the coordinate values “z” of at least three points of the workpiece functional layer that do not lie on one straight point of the working surface and subsequent alignment in the range of permissible deviations of these values through the adjustment nodes of the device for the spatial orientation of the workpieces.

При реализации заявленного способа на базе откорректированных исходных управляющих на станке рассматриваемого автоматизированного гравировального комплекса могут выполняться следующие технологические операции:When implementing the inventive method on the basis of adjusted source controls on the machine of the considered automated engraving complex, the following technological operations can be performed:

- строгание канавок различной формы постоянной или переменной глубины (прямолинейные, круговые, синусоидальные, сложной формы) и семейства этих канавок, в том числе пересекающиеся друг с другом;- planing of grooves of various shapes of constant or variable depth (rectilinear, circular, sinusoidal, complex shapes) and the family of these grooves, including those intersecting with each other;

- сверление отверстий на небольшую глубину (при необходимости).- drilling holes to a shallow depth (if necessary).

Строгание прямолинейных канавок постоянной глубины производится следующими способами:Planing straight grooves of constant depth is performed in the following ways:

- перемещением основного стола по координате Х с предварительным заглублением резца по координате Z и поворотом поворотного стола вокруг его оси на требуемый угол;- moving the main table along the X coordinate with a preliminary deepening of the cutter along the Z coordinate and turning the turntable around its axis by the required angle;

- требуемый угол наклона канавки к оси Х в горизонтальной плоскости вместо поворота поворотного стола может обеспечиваться интерполяцией перемещения по координатам Х и Y с поворотом шпинделя по координате С на этот требуемый угол.- the required angle of inclination of the groove to the X axis in the horizontal plane instead of turning the turntable can be provided by interpolating the movement along the X and Y coordinates with the rotation of the spindle along the C coordinate by this required angle.

В случае переменной глубины канавки перечисленные перемещения дополняются интерполяцией перемещения резца по координате Z.In the case of a variable groove depth, these movements are supplemented by interpolating the movement of the tool along the Z coordinate.

Строгание канавок произвольной формы осуществляется перемещением по координатам Х и Y и поворотом резца по координате С таким образом, чтобы передняя грань (поверхность) резца в процессе резания в каждый момент времени была ориентирована по нормали к обрабатываемой дуге в точке резания.Planing of grooves of arbitrary shape is carried out by moving along the X and Y coordinates and turning the tool along the C coordinate so that the front edge (surface) of the tool during cutting at each moment of time is oriented normal to the processed arc at the cutting point.

Строгание синусоидальных канавок и канавок сложной геометрической формы производится аналогичным образом, а именно интерполяцией перемещений по координатам X, Y и C, а в случае их переменной глубины - дополнительно и по координате Z.The planing of sinusoidal grooves and grooves of complex geometric shape is carried out in a similar way, namely, by interpolating the displacements along the coordinates X, Y and C, and in the case of their variable depths, additionally along the coordinate Z.

Сверление отверстий на небольшую глубину для заглубления строгального резца или других целей производится при позиционировании стола по координатам Х и Y с последующим перемещением шпинделя по координате Z при его вращении.Drilling holes to a shallow depth for deepening the planing cutter or other purposes is done when the table is positioned at the X and Y coordinates, followed by the spindle moving along the Z coordinate during its rotation.

Таким образом, для выполнения перечисленных видов работ (помимо технологических возможностей, непосредственно вытекающих из технических характеристик станка) предусмотрены следующие вспомогательные технологические циклы и приемы, обеспечиваемые конструкцией станка и управляющими программами:Thus, to perform the above types of work (in addition to technological capabilities directly arising from the technical characteristics of the machine), the following auxiliary technological cycles and techniques provided by the design of the machine and control programs are provided:

- коррекция положения точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки по координате Z с учетом микронеровностей этой поверхности (оцифровка);- correction of the position of the points of the working surface of the functional layer of the workpiece in the Z coordinate taking into account the microroughness of this surface (digitization);

- определение положения и координатная привязка рабочей поверхности (т.е. нулевой точки отсчета реперной системы X1Y1Z1) функционального слоя заготовки относительно координатной системы отсчета станка;- determination of the position and coordinate reference of the work surface (i.e., the zero reference point of the reference system X 1 Y 1 Z 1 ) of the functional layer of the workpiece relative to the coordinate reference system of the machine;

- определение погрешностей заточки и установки резца в шпиндель станка и коррекция управляющих программ на основе полученных данных.- determination of errors of sharpening and installation of the cutter in the machine spindle and correction of control programs based on the data obtained.

В процессе технологического цикла обработки необходимо оперировать следующими правилами перемещения инструмента в материале заготовки.During the technological cycle of processing, it is necessary to operate with the following rules for moving the tool in the workpiece material.

Во-первых, до начала работы строгальным резцом необходимо совместить ось поворота шпинделя с передней поверхность резца и осью симметрии его профиля на передней поверхности. Это осуществляется по результатам фотографирования режущей части резца с помощью оптико-электронной измерительной системы в ручном режиме вышеописанным методом с последующей корректировкой управляющей программы при наличии радиального смещения соответствующих осей.First, before starting work with a planing cutter, it is necessary to combine the axis of rotation of the spindle with the front surface of the cutter and the axis of symmetry of its profile on the front surface. This is carried out according to the results of photographing the cutting part of the cutter using an optical-electronic measuring system in manual mode as described above, followed by updating the control program in the presence of radial displacement of the corresponding axes.

Запрещается осуществлять поворот резца по координате «С» при фиксированных значениях координат «X», «Y» на угол более 5 градусов без вывода инструмента. Если такой поворот необходим по форме линии, то резец целесообразно вывести из заготовки, повернуть, и вновь врезаться в материал. При больших углах поворота процедуру необходимо повторить несколько раз (например, через каждые 15...30 градусов).It is forbidden to rotate the tool along the “C” coordinate at fixed values of the “X”, “Y” coordinates by an angle of more than 5 degrees without removing the tool. If such a turn is necessary in line shape, then it is advisable to remove the cutter from the workpiece, turn it, and crash into the material again. At large angles of rotation, the procedure must be repeated several times (for example, every 15 ... 30 degrees).

Поворот резца в материале допускается осуществлять по окружности, радиус которой больше R=(b/2+0,005) мм, где b - ширина передней поверхности резца при вершине.The rotation of the cutter in the material is allowed to be carried out along a circle whose radius is greater than R = (b / 2 + 0.005) mm, where b is the width of the front surface of the cutter at the apex.

Целесообразно также рассмотреть системы ЧПУ «Sinumerik-840Di», посредством которой реализуется заявленный способ и соответственно весь технологический цикл обработки.It is also advisable to consider the CNC system "Sinumerik-840Di", by means of which the claimed method is realized and, accordingly, the entire processing cycle.

Система ЧПУ «Sinumerik-840Di» выполнена в конструктиве операторной панели ОР12А на основе промышленного компьютера PCU50 с применением станочного 19′′ пульта МСР. Логика управления станком реализована с помощью встроенного программируемого контроллера S7-315-2DP. Для управления приводами подач по координатам использован привод «Simodrive 611U». Для обеспечения ввода и вывода дискретных сигналов применены модули РР72/48. Все перечисленные модули связаны друг с другом и системой ЧПУ «Sinumerik-840Di» полевой шиной «ProfiBus DP».The Sinumerik-840Di CNC system is designed as an OP12A operator panel based on an industrial PCU50 computer using a 19 ″ MCP remote control. The control logic of the machine is implemented using the built-in programmable controller S7-315-2DP. To control feed drives by coordinates, the “Simodrive 611U” drive was used. To ensure the input and output of discrete signals, PP72 / 48 modules are used. All of the listed modules are connected with each other and the Sinumerik-840Di CNC system with the ProfiBus DP field bus.

Для нормального функционирования программного обеспечения, реализующего заявленный способ, необходимо наличие следующих технических средств:For the normal functioning of software that implements the claimed method, the following hardware is required:

- IBM-совместимая машина;- IBM-compatible machine;

- Система ЧПУ «Sinumerik-840Di»;- CNC system "Sinumerik-840Di";

- плата АЦП фирмы L-Card L-783;- ADC card company L-Card L-783;

- индуктивный измеритель;- inductive meter;

- плата видеозахвата, совместимая с Video for Windows™ (VfW) или DirectShow™.- Video capture card compatible with Video for Windows ™ (VfW) or DirectShow ™.

К информационной и программной совместимости (для реализации способа) предъявляются следующие требования.The following requirements are imposed on information and software compatibility (for implementing the method).

Данная программа должна представлять собой один или несколько самостоятельных исполняемых модулей.This program should be one or more independent executable modules.

Информационная система должна быть реализована на языке программирования высокого уровня и работать под управлением операционной системы Windows™ 98/2000/XP.The information system must be implemented in a high-level programming language and run under the operating system Windows ™ 98/2000 / XP.

Таким образом, заявленный способ позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка автоматизированного гравировального комплекса может быть, преимущественно, использован при механической прецизионной обработке (например, на прецизионных строгальных станках с системой ЧПУ) изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских форм, рельеф рисунка формируемых на рабочей поверхности гравюр 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 a coordinate reference system of a machine tool of an automated engraving complex can be mainly used in mechanical precision processing (for example, on precision planing machines with CNC system) of products with a complex spatial profile of the machined surface (for example, metallographic forms, relief a pattern of engravings formed on the working surface of which is formed by an ordered set of profile grooves of various sizes and geometrical shapes), as well as other articles with high requirements for precision processing, in which the functional layers necessary to provide a predetermined depth obtain a pattern with submicron resolution of its spatial structure.

Claims (3)

1. Способ позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка автоматизированного гравировального комплекса, включающий формирование ортогональной реперной координатной системы X1Y1Z1, пространственную координатную привязку ее нулевой точки к нулевой точке ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка, пространственно адаптированной с исходными управляющими программами системы числового программного управления (ЧПУ), посредством которых формируют фрагменты объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки, которую закрепляют и позиционируют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации относительно плоскости XY координатной системы XYZ, фотографируют переднюю поверхность режущей части инструмента, позиционируют его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и корректируют по координатам "х1" и "y1" проходящей через эту вершину продольной оси инструмента относительно параллельной оси Z или Z1 действительной оси вращения шпинделя станка с обеспечением визуального отображения результатов упомянутых операций фотографирования, позиционирования и коррекции на экране монитора управляющего механизмами перемещения станка компьютера и координатной адаптации этих результатов с управляющими программами системы ЧПУ посредством оптико-электронной измерительной системы, включающей телевизионный компьютерный микроскоп, который стационарно закрепляют на основном столе станка таким образом, что главная оптическая ось его объектива ориентирована по направлению возвратно-поступательного перемещения основного стола станка вдоль осей Х или X1 соответствующих координатных систем и координатно адаптирована с нулевой точкой координатной системы X1Y1Z1, для чего переднюю поверхность режущей части инструмента вводят в поле зрения объектива упомянутого микроскопа, его вершину совмещают с перекрестием ортогональных осей на экране монитора, которое расположено на главной оптической оси упомянутого объектива, и поворачивают шпиндель шпиндельной бабки станка на угол в пределах 360°, при этом позиционирование и отсчет перемещений инструмента в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от упомянутой нулевой точки реперной системы X1Y1Z1 согласно исходным управляющим программам системы ЧПУ с учетом коррекции по координатам "х1" и "y1" упомянутой продольной оси инструмента относительно действительной оси вращения шпинделя станка, отличающийся тем, что перед формированием реперной координатной системы X1Y1Z1 осуществляют коррекцию управляющих программ системы ЧПУ на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки, которую предварительно закрепляют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации и пространственно ориентируют вдоль плоскости XY, для чего производят оцифровку по координатам "z" множества расположенных с заданным шагом точек этой поверхности на участке оцифровки, форма и площадь которого регламентируют формой и площадью формируемого на этой поверхности рисунка гравюры, оцифровку начинают с наиболее удаленной от центра участка оцифровки точки и продолжают посредством сканирования участка оцифровки средствами измерения с обеспечением регистрации значений координаты "z" в каждой точке оцифровки и автоматической коррекции управляющих программ ЧПУ по результатам оцифровки, реперную координатную систему X1Y1Z1 формируют от начальной точки оцифровки, функционально являющейся нулевой точкой этой системы, координаты которой перед началом обработки уточняют посредством обеспечения механического контакта вершины закрепленного в шпинделе инструмента с рабочей поверхностью функционального слоя заготовки в этой точке, при этом позиционирование и отсчет перемещений инструмента в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от упомянутой нулевой точки реперной системы X1Y1Z1 согласно управляющим программам системы ЧПУ с учетом их дополнительной коррекции по результатам оцифровки.1. A method of positioning a tool in the coordinate system of a machine tool of an automated engraving complex, including the formation of an orthogonal reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 , spatial coordinate reference of its zero point to the zero point of the orthogonal coordinate system XYZ of the machine reference, spatially adapted with the initial control programs of the system numerical program control (CNC), by means of which fragments of a three-dimensional engraving pattern are formed in the functional layer preparations that are fixed and positioned on the installation surface of the device for spatial orientation relative to the XY plane of the XYZ coordinate system, photograph the front surface of the cutting part of the tool, position its vertices in three coordinates relative to the zero point of the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 and corrected by coordinates " x 1 "and" y 1 "passing through this vertex of the longitudinal axis of the tool relative to the parallel axis Z or Z 1 of the actual axis of rotation of the spindle of the machine with visual display of the results of the above-mentioned photographing, positioning and correction operations on the monitor screen controlling the movement mechanisms of the computer machine and coordinate adaptation of these results with the control programs of the CNC system by means of an optical-electronic measuring system including a television computer microscope, which is stationary mounted on the main table of the machine in this way that the main optical axis of his lens is oriented in the direction of the reciprocating the room of the main table of the machine along the axes X or X 1 of the corresponding coordinate systems and coordinate adapted with the zero point of the coordinate system X 1 Y 1 Z 1 , for which the front surface of the cutting part of the tool is introduced into the field of view of the lens of the said microscope, its vertex is combined with a crosshair of orthogonal axes on the monitor screen, which is located on the main optical axis of the aforementioned lens, and rotate the spindle of the machine headstock by an angle within 360 °, while positioning and counting movements and strument in the formation of fragments of the bulk pattern engravings in functional layer preform leads from said datum reference system X 1 Y 1 Z 1 according to the initial control program numerical control system taking into account correction coordinates "x 1" and "y 1" to said longitudinal axis of the tool relative to the actual axis of rotation of the machine spindle, characterized in that before the formation of the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 carry out the correction of the control programs of the CNC system for deviation from the flatness of the working surface the functional layer of the workpiece, which is pre-fixed on the installation surface of the device for spatial orientation and spatially oriented along the XY plane, for which they are digitized by the coordinates “z” of the set of points of this surface located at a given step in the digitizing section, the shape and area of which are governed by the shape and the area of the engraving pattern formed on this surface, the digitization starts from the point farthest from the center of the digitization section and continues by the canalization of the digitization plot with measuring instruments, ensuring the registration of the values of the "z" coordinate at each digitization point and automatic correction of the CNC control programs based on the digitization results, the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 is formed from the initial digitization point, which is functionally the zero point of this system, the coordinates which, before starting processing, is specified by providing mechanical contact of the top of the tool fixed in the spindle with the working surface of the workpiece functional layer at this point, while positioning and counting the movements of the tool during the formation of fragments of the volumetric pattern of the engraving in the functional layer of the workpiece, lead from the mentioned zero point of the reference system X 1 Y 1 Z 1 according to the control programs of the CNC system taking into account their additional correction according to the digitization results. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента, позиционирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и коррекции по координатам "x1" и "y1" проходящей через эту вершину продольной оси инструмента относительно параллельной оси Z или Z1 действительной оси вращения шпинделя станка посредством оптико-электронной измерительной системы осуществляют в прямом и теневом свете, для чего упомянутую измерительную систему оснащают экраном, расположенным в поле зрения объектива телевизионного компьютерного микроскопа позади зоны ввода инструмента в это поле, а также двумя осветителями, один из которых устанавливают с возможностью осуществления подсветки экрана, а другой - передней поверхности режущей части инструмента.2. The method according to claim 1, characterized in that the said operations of photographing the front surface of the cutting part of the tool, positioning its vertices in three coordinates relative to the zero point of the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 and correction for the coordinates "x 1 " and "y 1 "passing through this vertex of the longitudinal axis of the tool relative to the parallel axis Z or Z 1 of the actual axis of rotation of the machine spindle by means of an optoelectronic measuring system is carried out in direct and shadow light, for which the said measurement The system is equipped with a screen located in the field of view of the television computer microscope lens behind the instrument input zone into this field, as well as two illuminators, one of which is installed with the ability to illuminate the screen, and the other on the front surface of the cutting part of the tool. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное позиционирование закрепленной заготовки посредством устройства для пространственной ориентации перед оцифровкой осуществляют посредством определения и регистрации соответствующими средствами измерения значений координат "z", по меньшей мере, трех не лежащих на одной прямой точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки и последующего выравнивания в диапазоне допустимых отклонений величин этих значений посредством регулировочных узлов устройства для пространственной ориентации заготовок.3. The method according to claim 1, characterized in that the preliminary positioning of the fixed workpiece by means of a device for spatial orientation before digitization is carried out by determining and registering with the appropriate means of measuring coordinate values "z" of at least three points of the working surface not lying on one straight line the functional layer of the workpiece and subsequent alignment in the range of permissible deviations of the values of these values by means of the adjustment nodes of the device for spatial orientation of the workpieces.
RU2005116120/02A 2005-05-27 2005-05-27 Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex RU2279964C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005116120/02A RU2279964C1 (en) 2005-05-27 2005-05-27 Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005116120/02A RU2279964C1 (en) 2005-05-27 2005-05-27 Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2279964C1 true RU2279964C1 (en) 2006-07-20

Family

ID=37028684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005116120/02A RU2279964C1 (en) 2005-05-27 2005-05-27 Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2279964C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104015097A (en) * 2014-06-04 2014-09-03 南京航空航天大学 Tool setting method for complex free-form surface component laying forming
RU2543949C2 (en) * 2010-08-06 2015-03-10 ФИДИА С.п.А. Predictive control and virtual display system for numerically controlled machine tool
RU2571669C2 (en) * 2014-03-21 2015-12-20 Олег Игоревич Аксенов Electronic unit for sensor control of coordinate machine
CN108646668A (en) * 2018-08-08 2018-10-12 深圳市山龙智控有限公司 Four axis dual stage face processing space control systems and method
CN117484514A (en) * 2024-01-03 2024-02-02 沈阳和研科技股份有限公司 Position calibration and debugging method and structure of carrying arm and cutting workbench

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543949C2 (en) * 2010-08-06 2015-03-10 ФИДИА С.п.А. Predictive control and virtual display system for numerically controlled machine tool
RU2571669C2 (en) * 2014-03-21 2015-12-20 Олег Игоревич Аксенов Electronic unit for sensor control of coordinate machine
CN104015097A (en) * 2014-06-04 2014-09-03 南京航空航天大学 Tool setting method for complex free-form surface component laying forming
CN108646668A (en) * 2018-08-08 2018-10-12 深圳市山龙智控有限公司 Four axis dual stage face processing space control systems and method
CN117484514A (en) * 2024-01-03 2024-02-02 沈阳和研科技股份有限公司 Position calibration and debugging method and structure of carrying arm and cutting workbench
CN117484514B (en) * 2024-01-03 2024-03-01 沈阳和研科技股份有限公司 Position calibration and debugging method and structure of carrying arm and cutting workbench

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8543237B2 (en) Rotating part position and change finding method and apparatus
US9027218B2 (en) Opto-mechanical postion finder
EP1978427A2 (en) Method for displaying the shape of a surface
KR102559309B1 (en) Method and device for measuring Changsung machining tools
EP3510351B1 (en) Measurement of toothed articles utilizing multiple sensors
RU2279964C1 (en) Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex
US9302345B2 (en) Laser machining calibration method
CN108827187A (en) A kind of measuring system for workpiece progress measuring three-dimensional profile
WO2018116635A1 (en) Movement error identification method for machine tool
JP6236721B2 (en) Shape measuring apparatus and shape measuring method
CN109514181B (en) Method and machine device for producing a cutting tool
Barari Inspection of the machined surfaces using manufacturing data
EP3789729B1 (en) Method of non-contact scanning of profiles of rotating objects and evaluation of their external dimensions
JP4180469B2 (en) How to check the machining suitability of machine tools
RU2356704C2 (en) Method for formation of discrete profile structures of engraving picture in functional layer of type form on metal-cutting lathe
JP3979891B2 (en) Tool measuring method and machine tool with tool measuring function
Surkov Development of methods and means of coordinate measurements for linear and angular parameters of cutting instruments
RU2360771C2 (en) Actuating system incorporated with software-hardware complex designed to cut discrete shaped etched images in operating layer of printed circuit
RU48164U1 (en) PRECISION STROGAL MACHINE OF AUTOMATED ENGRAVING COMPLEX
Galanulis et al. Optical digitizing by ATOS for press parts and tools
JP4328729B2 (en) Method for processing a workpiece having a fine shape
RU2165348C1 (en) Method for positioning tool in coordinate system of machine tool
RU72164U1 (en) SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX FOR THE FORMATION BY CUTTING OF DISCRETE PROFILE STRUCTURES OF THE DRAWING OF THE ENGRAVING IN THE FUNCTIONAL LAYER OF THE PRINTING FORM
JPH03268818A (en) Angle measuring instrument for bender
JP2010096722A (en) Posture measuring method and grinding device

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20070605

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180528