SU1268374A1

SU1268374A1 - Touch-free measuring device

Info

Publication number: SU1268374A1
Application number: SU853906192A
Authority: SU
Inventors: Александр Александрович Аксенов; Юрий Григорьевич Гареев
Original assignee: Предприятие П/Я М-5873
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1986-11-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл контрол целостности, степени износа и биени режущего инструмента на станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах ГП модул х и дл активного контрол деталей с прерывистыми и непрерывными внутрепними и наружными поверхност ми. Целью изобретени вл етс расщирение технологических возможностей прибора и повышение точности измерени . Поставленна цель достигаетс за счет уменьшени динамической погрешности и возможности измерени формы инструментального лезви путем контрол в любой интересующей точке сканированием поверхности в заданной области. После обработки инструмент возвращаетс в начальную точку согласно программе . Возникающий при измерении электрический разр д содержит информацию о состо нии поверхности и форме лезвий инструмента в виде напр жени посто нного тока, которое дл получени информации о форме профил поверхности проходит Ф процесс стробировани , а дл получени (П информации о качестве поверхности производитс процесс сканировани сигнала. 8 ил.The invention relates to a measurement technique and can be used to control the integrity, degree of wear and beat of a cutting tool on CNC machines, HP centers processing centers, and for active control of parts with intermittent and continuous inside and outside surfaces. The aim of the invention is to expand the technological capabilities of the device and improve the measurement accuracy. The goal is achieved by reducing the dynamic error and the possibility of measuring the shape of the tool blade by monitoring at any point of interest by scanning the surface in a given area. After machining, the tool returns to the starting point according to the program. The electrical discharge generated during the measurement contains information about the state of the surface and the shape of the tool blades in the form of direct current voltage, which is passed through the process of gating in order to obtain information about the shape of the surface profile (to obtain information about the surface quality) 8 il.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл контрол целостности, степени износа и биени режущего инструмента (фрезы, сверла , зенкера и др.) на станках с ЧПУ, обрабатывающих модул х гибкой производственной системы ГПС, а также дл активного контрол деталей с непрерывными и прерывистыми поверхност ми как снаружи, так и внутри.The invention relates to a measuring technique and can be used to monitor the integrity, wear and beating of the cutting tool (cutters, drills, countersinks, etc.) on CNC machines, processing modules of the flexible manufacturing FPS system, as well as for active parts testing with continuous and discontinuous surfaces, both outside and inside.

Цель изобретени - расширение технологических возможностей прибора и повышение точности измерени , за счет уменьшени динамической погрешности и возможности измерени формы инструментального лезви путем обеспечени контрол в любой интересующей точке сканированием поверхности в заданной области.The purpose of the invention is to expand the technological capabilities of the device and improve the measurement accuracy by reducing the dynamic error and the ability to measure the shape of the tool blade by ensuring control at any point of interest by scanning the surface in a given area.

На фиг. 1 изображена структурна схема предлагаемого бесконтактного прибора дл контрол прерывистых поверхностей; на фиг. 2 - выходна характеристика измерительного блока и временные диаграммы сигналовформировател импульсовFIG. 1 shows the structural scheme of the proposed contactless device for controlling discontinuous surfaces; in fig. 2 - output characteristic of the measuring unit and time diagrams of the pulse former signals

стробировани ; на фиг. 3 - структурна схема формировател импульсов стробировани ; на фиг. 4 - принципиальна схема формировател импульсов момента стробировани ; на фиг. 5 - принципиальна схема одновибратора; на фиг. 6 - структурна схема блока защиты; на фиг. 7 - пример взаимного расположени прерывистой поверхности (фрезы) и электрода электроразр дного датчика в момент стробировани ; на фиг. 8 - пример способа ориентации прохождени линии измерени через ось контролируемой детали.gating; in fig. 3 is a block diagram of a gating pulse generator; in fig. 4 is a schematic diagram of a gating moment pulse former; in fig. 5 is a schematic diagram of a one-shot; in fig. 6 - block diagram of the protection unit; in fig. 7 shows an example of the mutual arrangement of the discontinuous surface (cutter) and the electrode of the electric discharge sensor at the time of gating; in fig. 8 is an example of a method for orienting the passage of a measurement line through an axis of a test piece.

Бесконтактный измерительный прибор дл контрол прерывистых поверхностей содержит измерительное устройство I, состо щее из первого 2 и второго 3 электродов электроразр дного датчика 4, установленного на измерительной каретке 5, перемещаемой микрометрическим винтом 6 относительно основани 7, зафиксированного прецизионным щтырем 8, установленным в базовое отверстие 9 стола станка 10. Электроды датчика 4 через контакты переключател 11 соединены с измерительным блоком 12, первый выход которого соединен с показывающим прибором 13, а второй - с первыми входами аналого-цифрового преобразовател 14, формировател 15 импульсов стробировани и блоком 16 защиты, выход которого соединен с входом устройства 17 управлени станком 10 с ЧПУ. Второй вход формировател 15 и блока 16 защ,иты соединены соответственно с первым и вторым выходом задатчика 18 уставок. Выход аналого-цифрового преобразовател 14 соединен с входом цифрового отсчетного устройства 19. Формирователь 15 импульсов стробировани (фиг. 3) вырабатывает стробимпульс FU дл запуска аналого-цифровогоA non-contact measuring device for monitoring discontinuous surfaces contains measuring device I consisting of the first 2 and second 3 electrodes of the electric discharge sensor 4 mounted on the measuring carriage 5 moved by the micrometer screw 6 relative to the base 7 fixed by the precision pin 8 installed in the base hole 9 machine table 10. The electrodes of the sensor 4 through the contacts of the switch 11 is connected to the measuring unit 12, the first output of which is connected to the indicating device 13, and the second - with the first inputs of the analog-digital converter 14, the gating pulse generator 15 and the protection unit 16, the output of which is connected to the input of the control device 17 of the CNC machine 10. The second input of the imaging unit 15 and the block 16 of protection, ity are connected respectively with the first and second output of the setpoint adjuster 18 settings. The output of the analog-digital converter 14 is connected to the input of the digital reading device 19. The strobe pulse shaper 15 (Fig. 3) produces a strobe pulse FU for starting the analog-digital pulse

преобразовател 14 на преобразование размерной информации и передачи ее в цифровое отсчетное устройство 19 в заданной точке поверхности контролируемого инJ струмента и содержит компаратор 20 напр жени , выполненный, напри.мер, на операционном усилителе, формирователь 21 импульса момента стробировани (фиг. 4) и одновибратор 22 (фиг. 5), выполненные оба, например, на элементах И-НЕ. Задат0 чик 18 уставок (фиг. 4) содержит генератор 23 пилообразного напр жени ГГШ, транзистор 24, резистор 25 дл плавного задани величины уставки U, соединенный через переключатель 26 с конденсатора.миconverter 14 for converting dimensional information and transmitting it to a digital reading device 19 at a given point on the surface of the controlled tool and contains a voltage comparator 20, made, for example, on an operational amplifier, a gating moment pulse former 21 (Fig. 4) and a single vibrator 22 (FIG. 5), both performed, for example, on NAND elements. Setpoint 18 (Fig. 4) contains a sawtooth voltage generator 23, a GGN, a transistor 24, a resistor 25 for smoothly setting the value of the setpoint U, connected through a switch 26 to a capacitor.

5 27-29 и первым выходом задатчика 18 уставок.второй выход которого соединен с выходом делител напр жени на резисторе 30 дл задани величины уставки УЗ дл блока 16 защиты. Последний (фиг. 6) содержит пороговый элемент 31, выполнен0 ный по схеме триггера Шмитта, и элемент 32 задержки. Основание 7 имеет паз 33, вл ющийс взаимоответным выточке на эталонном штыре 8. В основании 7 установлен фиксатор 34, фиксирующий эталон5 ный штырь 8 по контролируемому инструменту 35.5 27-29 and the first output of the setpoint adjuster 18; the second output of which is connected to the output of the voltage divider on the resistor 30 to set the value of the ultrasound setpoint for the protection unit 16. The latter (Fig. 6) contains a threshold element 31, made according to the Schmitt trigger scheme, and a delay element 32. The base 7 has a groove 33, which is a mutually groove on the reference pin 8. At the base 7, a latch 34 is installed that secures the reference pin 5 on the monitored tool 35.

В предлагаемом приборе функционируют: иб - выходное напр жение измерительного блока 12, пропорциональное величинеThe proposed device operates: ib is the output voltage of the measuring unit 12, which is proportional to

0 электроразр дного промежутка; Ujj-,, - напр жение , пропорциональное величине начального рассогласовани (Г(,; Uj - напр жение на выходе злдатчика 18, ограничивающее опасную зону работы электроразр дного датчика 4; Y - строб-импульс дл 0 electric discharge of the single gap; Ujj-, is the voltage proportional to the magnitude of the initial mismatch (G (;; Uj is the voltage at the output of the sensor 18, which limits the dangerous zone of operation of the electric discharge sensor 4; Y is the gate pulse for

запуска аналого-цифрового преобразовател 14 на преобразование входного напр жени Utf- в цифровой код и передачу его на цифровое отсчетное устройство 19; Т- временна уставка задатчика 18, ус0 танавливающа момент выработки стробимпульса FC ; UK - сигнал на выходе компаратора 29; Uc - сигнал на выходе формировател 21, длительность которого соответствует моменту стробировани относительно начала фазы сигнала Р. ; Г Р - сиг5 : . start-up of the analog-digital converter 14 to convert the input voltage Utf into a digital code and transmit it to the digital reading device 19; T-time setpoint adjuster 18, setting the time of generation of the strobe pulse FC; UK - signal at the output of comparator 29; Uc is the signal at the output of shaper 21, the duration of which corresponds to the time of gating relative to the beginning of the phase of the signal P.; G P - sig5:.

налы на экстренное выключение приводов станка.rolls on emergency shutdown of machine drives.

Измерительный прибор работает следующим образом.The measuring device operates as follows.

Работу прибора рассматривают на 0 примере контрол режущей кромки инструмента 35, например фрезы, на станке с ЧПУ. По окончании обработки детали по программе режущий инструмент 35, например фреза, возвращаетс в начальную точку программы, в которой по нормали к обра5 зующей поверхности инстру.мента 35 установлены электроды 2 и 3 электроразр дного датчика 4. Между режущими кромками инструмента 35 и электродом 2 возникаетThe operation of the device is considered on the 0 example of the control of the cutting edge of the tool 35, for example, the cutter, on a CNC machine. After the machining of the part is completed, the cutting tool 35, for example a milling cutter, returns to the starting point of the program in which electrodes 2 and 3 of the electric discharge sensor 4 are installed normal to the forming surface of the tool 35. Between the cutting edges of the tool 35 and electrode 2

электрический разр д (фиг. 7), информаци о котором через контакты переключател 11 и измерительный блок 12 выдаетс на аналого-цифровой преобразователь 1, формирователь 15 импульсов стробировани и блок 16 защиты в виде напр жени посто нного тока Us, пропорционального величине электроразр дного промежутка S. Сформированный формирователем 15 строб-импульс FC запускает аналого-цифровой преобразователь 14, который преобразует напр жение U в цифровой код и передает его в цифровое отсчетное устройство 19. Так как величина электроразр дного промежутка (У в процессе контрол режущего инструмента 35 повтор ет форму профил поверхности зуба фрезы у его вершины (фиг. 2), а напр жение U пропорционально величине (У, то дл того, чтобы информаци о поверхности зуба инструмента 35 проходила на отсчетное устройство 19 только в момент его прохождени под электродом 2, например в точке А (фиг. 2) поверхности зуба инструмента 35 заданной уставкой- Г задатчика 18, в предлагаемый прибор введен формирователь 15 импульсов стробировани , у которого состо ние выхода компаратора 20 мен етс в зависимости от соотношени величины входного напр жени Us- и опорного IJor на его входных выводах (фиг. 3). Отрицательный фронт изменени уровн UK выхода компаратора 20 запускает формирователь 21 импульса момента стробировапи , выполненного, например, на элементах И-НЕ (фиг. 4), у которого длительность выходного импульса Uc. соответствует моменту стробировани поверхности зуба инструмента 35 (фрезы) в точке А заданного уставкой Т. Переключением конденсаторов 27-29 в задатчике 18. осуществл етс дискретное изменение длительности импульса Uc., а плавное - изменением величины резистора 25.electric discharge (fig. 7), information about which through contacts of switch 11 and measuring unit 12 is output to analog-to-digital converter 1, shaper 15 of gating pulses and protection unit 16 in the form of a DC voltage U proportional to the magnitude of the electric discharge gap S. The strobe-pulse FC formed by the shaper 15 triggers analog-to-digital converter 14, which converts the voltage U into a digital code and transmits it to a digital reading device 19. Since the value of the electric discharge is weft (Y in the process of checking the cutting tool 35 repeats the shape of the profile of the cutter tooth surface at its tip (Fig. 2), and the voltage U is proportional to the value (Y, then the information about the tooth surface of the tool 35 passes to the reading device 19 Only at the moment of its passage under the electrode 2, for example, at point A (Fig. 2) of the tooth surface of the tool 35 with a predetermined setpoint G of the setting device 18, the gating pulse shaper 15 is inserted into the device, in which the output state of the comparator 20 varies depending on with The ratio of the input voltage Us- and the reference IJor at its input terminals (Fig. 3). The negative edge of the change in the level of the UK output of the comparator 20 triggers the pulse shaper 21, which is made, for example, on AND-NES elements (Fig. 4), for which the duration of the output pulse Uc. corresponds to the moment of gating the tooth surface of the tool 35 (milling cutter) at point A specified by the setpoint T. Switching the capacitors 27-29 in the setter 18. The pulse duration Uc. is discretely changed, and smoothly by changing the resistor 25.

Контроль качества провер емой поверхности в заданной ее области (например, при исследовании степени выработки за режущей кромкой) производитс путем сканировани : Последнее производитс , например, по схеме шунтировани резистора 25 транзистором 24, управл емого от ГПН 23. Область сканировани ограничиваетс изменением амплитуды сигнала с выхода ГПН 23. Дл того, чтобы сканирование производилось по каждому зубу режущего инструмента 35 запуск и сброс ГПН 23 производитс передним и задним фронтом сигнала Ui с выхода компаратора 20. Выход формировател 15 соединен с запускающим входом управл емого аналого-цифрового преобразовател 14 через одновибратор 22, выполненный, например , на элементах И-НЕ (фиг. 5), который из сигнала Uc формирует по длительности строб-импульс FI-, дл запуска преобразовател 14 на преобразование напр жени US в цифровой код и передачу его на отсчетное устройство 19. Сдвига по времени 3 формирование импульса Е относительно с начала фазы сигнала U путем изменени величины уставки Т в задатчике 18, можно производить сканирование поверхности зуба и тем самым контролировать ка-чество поверхности режущей кромки инструмента 35 в заданной ее области.The quality control of the tested surface in a given area (for example, when examining the degree of output behind the cutting edge) is performed by scanning: The latter is performed, for example, by shunting the resistor 25 by a transistor 24 controlled by the HPL 23. The scanning area is limited by the amplitude of the signal GPN 23 output. In order for a scan to be performed on each tooth of the cutting tool 35, the GPN 23 is started and reset by the leading and falling edges of the signal Ui from the output of the comparator 20. The output is formed The navigator 15 is connected to the trigger input of a controlled analog-to-digital converter 14 via a one-shot 22, made, for example, on AND-NOT elements (FIG. 5), which, from the signal Uc, forms a gate pulse FI- in duration to trigger the converter 14 on converting the US voltage into a digital code and transmitting it to the readout device 19. Time shift 3 forming the pulse E relative to the beginning of the phase of the signal U by changing the value of the setpoint T in the setter 18, it is possible to scan the tooth surface and thereby control To quality the surface of the cutting edge of the tool 35 in a given area.

0 Настройка устройства осуществл етс с установки в базовое отверстие 9 на столе станка 10 или ложементе прецезионного штыр 8 с диаметром, равным диаметру режущего инструмента 35. Начальна точка0 Setting up the device is carried out from the installation into the base hole 9 on the machine table 10 or the precision pin 8 lodgement with a diameter equal to 35 cutting tool diameter. Starting point

5 программы обработки детали должна соответствовать центру отверсти 9 под базовый штырь 8. Это позвол ет производить контроль качества режущей кромки инструмента 35, ее целостности каждый раз по окончании обработки детали по программе. Дл на0 стройки режущий инструмент 35 по программе выводитс в начальную точку. Через контакты переключател 11 измерительный блок 12 соедин етс с вторым электродом 3 датчика 4. Микрометрическим винтом 65, the machining program must match the center of the hole 9 under the base pin 8. This allows you to control the quality of the cutting edge of the tool 35, its integrity every time after finishing the machining of the part according to the program. For setting, the cutting tool 35 is programmed to the starting point. Through the contacts of the switch 11, the measuring unit 12 is connected to the second electrode 3 of the sensor 4. A micrometer screw 6

5 приближают электроды 2 и 3 датчика 4, установленного на измерительной каретке 5, к прецезионному щтырю 8 и инструменту 35 до по влени разр да между штырем 8 и электродом 3 и затем по показанию прибора устанавливают величину электроразр д0 ного промежутка , равную величине начального рассогласовани сГо (фиг. 2). При этом радиус эталонного инструмента Rs равен сумме радиуса R прецезионного штыр 8 и величины начального рассогласовани So, т.е. R3 RUI+ SoДл определени фактического радиуса режущего инструмента 35, который увеличиваетс в результате его биени , измерительный блок 12 через контакты переключател 11 соедин етс с электродом 2 датчика 4 и включаетс шпиндель станка на малых оборотах. Показани отсчетпого устройства 19 дают фактический радиус инструмента Rf, который равен сумме радиуса инструмента Ra и величины электроразр дного промежутка f, измеренного в момент стробировани вершины зуба инструмента 35, т.е. в момент прохождени режущей кромки под электродом 2 датчика 4. При этом RФ (Rn + 5) -бо и при5 bring the electrodes 2 and 3 of the sensor 4, mounted on the measuring carriage 5, closer to the precision rod 8 and tool 35 until a discharge appears between the pin 8 and the electrode 3 and then, according to the instrument’s indication, an electric discharge gap equal to the initial mismatch (Fig. 2). At the same time, the radius of the reference tool Rs is equal to the sum of the radius R of the precision pin 8 and the magnitude of the initial mismatch So, i.e. R3 RUI + So To determine the actual radius of the cutting tool 35, which increases as a result of its beating, the measuring unit 12 through the contacts of the switch 11 is connected to the electrode 2 of the sensor 4 and the machine spindle is turned on at low speed. The readings of the reading device 19 give the actual radius of the tool Rf, which is equal to the sum of the radius of the tool Ra and the size of the electric discharge gap f measured at the time of gating the tooth tip of the tool 35, i.e. at the time of passage of the cutting edge under the electrode 2 of the sensor 4. At the same time, RF (Rn + 5) -both and

0 необходимости можно ввести кооррекцию на радиус инструмента на пульте 17 управлени станком 10 с ЧПУ. Дл того, чтобы электроды датчика 4 были всегда ориентированы по линии измерени проход щей через ось контролируемой детали, ое5 пование 7 измерительного устройства 1 соедин ют , например, с выточкой на эталонном штыре 8 взаимоответным пазом 33, фиксируют фиксатором 34 и устанавливаютIf necessary, a coordinate can be entered for the tool radius on the control 17 of the CNC machine 10. To ensure that the electrodes of the sensor 4 are always oriented along the line of measurement of the monitored part passing through the axis, the 5 gauge 7 of the measuring device 1 is connected, for example, with a notch on the reference pin 8 with a matching groove 33, fixed with a lock 34 and set

талонным штырем 8 в базовое отверстие 9 на столе станка 10.the coupon pin 8 in the base hole 9 on the table of the machine 10.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известным позволит бесконтактным способом непосредственно на станке производить контроль целостности режущей кромки инструмента, его формы, размеры и качество поверхности детали.The present invention in comparison with the known will allow the contactless method directly on the machine to control the integrity of the cutting edge of the tool, its shape, size and surface quality of the part.

Claims

Invention Formula

A non-contact measuring device containing a meter in the form of an electric discharge sensor, connected to an indicating device through a measuring unit, characterized in that, in order to improve accuracy and enhance technological capabilities, it is equipped with a switch installed between the sensor.

The COM and the measuring unit and the control system, including an analog-digital converter, a gating pulse shaper, the first output of which is connected to the input of the analog-digital converter, a protection unit, a control unit whose input is connected to the output of the protection unit, the setting unit The outputs of which are connected to the corresponding inputs of the gating pulse generator and the protection unit, and the input to the output of the gating pulse generator, and a digital reading device associated with the analog-to-digital output. In this case, the output of the measuring unit is connected to the inputs of the analog-digital converter, the gating pulse shaper, and the protection unit.

U.2.3

cf

F

r

Vuz.S and.

sixteen

VLL2.6

Phage. 7