SU1706836A1 - Device for compensating tooling errors of metal-cutting machines - Google Patents
Device for compensating tooling errors of metal-cutting machines Download PDFInfo
- Publication number
- SU1706836A1 SU1706836A1 SU864130746A SU4130746A SU1706836A1 SU 1706836 A1 SU1706836 A1 SU 1706836A1 SU 864130746 A SU864130746 A SU 864130746A SU 4130746 A SU4130746 A SU 4130746A SU 1706836 A1 SU1706836 A1 SU 1706836A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- lens
- receiver
- plane
- distance
- focal plane
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к приборостроению и может быть использовано дл компенсации погрешностей обработки деталей на металлорежущих станках с числовым программным управлением (ЧПУ) в услови /, гибкого автоматического производства (ГАП) Цель изобретени - повышение точности измерений и расширение функциональных возможносИзобретение относитс к прибооо- строению дл металлор ж/щих станков и может быть использовано в станкострое- нии дл компенсации погрешностей обработки деталей на металлорежущих станках с числовым программным управлением (ЧПУ) в услови х гибкого автоматизированного производства ЛАП/, Цель изобретени - повышение точности измерений за счет введени источника когерентного излучени , обестей устройства. Устройство содержит аноморфотную оптическую систему, снаб- менчус источником когерентного излучени , расположенным в передней фокальной плоскости сферической колли- мирующей линзы, за которой установлена перва цилиндрическа линза. а Е. ее задней фокальной плоскости - дополнительна опорна полуплоскость, совпадающа с передней фокальной плоскостью второй цилиндрической линзы Втора цилиндрическа линза установлена в передней схжальной плоскости проецирующего объектива, за которым рас- лололен (. у. тодрлителъный кубик, за перв ... Нг.ю которого по ходу отра- женн,.го путем излучени установлено плоское о т ражлтельное зеркало, а за второй г ранью по ходу прошедшего пучка излучени расположено сферическое вогну ое отражательное зеркало, фо- куспо- рг . . -T,:iHne которого сопр жено условием ,;,.. .(ировки Гаусса с рассти - нием до задн. и фокальной плоскости объектива и рассто нием от приеми; . с зар довой св зью 17 ил печивающего формирование дифракционного изображени специальной измерительной щели и расширение функциональных возможностей устройства за счет того, что расшир етс диапазон диаметров контролируемых деталей за счет введени опорной полуплоскости, статически расположенной в оптн-с - кой системе, а также за счет .- зовани устройства как дл ю размеров обр; -ттызаемых дет.- (Л о о :оо со О /The invention relates to instrumentation and can be used to compensate for errors in the machining of parts on machine tools with numerical control (CNC) under the conditions of flexible automatic production (HAP). The purpose of the invention is to improve measurement accuracy and enhance functional capabilities. The invention relates to an instrument for metal machine tools and can be used in the machine tool to compensate for errors in the machining of parts on machine tools with numerical software control (CNC) in the conditions of flexible automated production of LAPs. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by introducing a source of coherent radiation, device residues. The device contains an anomorphous optical system, providing a coherent radiation source located in the front focal plane of a spherical collimating lens, behind which a first cylindrical lens is installed. and E. its rear focal plane is an additional supporting half-plane, which coincides with the front focal plane of the second cylindrical lens. The second cylindrical lens is installed in the front horizontal plane of the projecting lens, behind which it is split (cf. tdrite cube, for the first ... Ng. Which is reflected along the way, a flat incidental mirror is established by radiation, and a spherical concave reflector is located along the transmitted beam during the second period, focusing the field. -T,: iHne to The second is matched by the condition;;, .... (Gauss alignments with distance to the rear and focal plane of the lens and distance from the receiver; 17 with a charge connection or a special measuring slit and expanding the functional capabilities of the device due to the fact that the range of diameters of the tested parts is expanded due to the introduction of a supporting half-plane, statically located in the optical-optical system, as well as due to the design of the device as for the dimensions of obr; -ttyzaemy det.- (L o o: oo with O /
Description
33
и состо ни (и- носа) режущей кромки инструмента и ее положени в системе координат станка.and the state (of the nose) of the tool cutting edge and its position in the machine coordinate system.
Расположение известного источника когерентного излучени в передней фокальной плоскости известной первой сферической линзы, за которой расположена перва цилиндрическа линза позволило получить на передней грани контролируемого режущего инструмента сфокусированный световой пучок в виде выт нутого эллипса, в котором концентрически расположено два соос- но распростран ющихс пучка. Первый пучок распростран етс вокруг оптической оси в угловом конусе и вл етс когерентным излучением источника , за пределами этого конуса распростран етс спонтанное излучение в угловом конусе 90° Такое рас- попожение элементов позволило получить освещение измерительной щели, образованной вершиной режущего клинаThe location of the known coherent radiation source in the front focal plane of the known first spherical lens, behind which the first cylindrical lens is located, allowed to obtain a focused light beam in the form of an elongated ellipse, in which two coaxially distributed beams are concentrically located on the front face of the controlled cutting tool. The first beam propagates around the optical axis in the angular cone and is the coherent radiation of the source. Spontaneous radiation propagates in the angular cone of 90 ° outside this cone. This arrangement of the elements allowed the illumination of the measuring slit formed by the tip of the cutting wedge.
I706836 I706836
жательное зеркало, фокусное рассто ние которого сопр жено условием фок сировки Гаусса с рассто нием между задней фокальной плоскостью известн го проекционного объектива и вогнут сферическим зеркалом, а также рассто нием между вогнутым сферическим зеркалом и известным приемником с зfocal mirror whose focal distance is matched by a Gauss focusing condition with a distance between the back focal plane of the known projection lens and a concave spherical mirror, as well as the distance between the concave spherical mirror and the known receiver with
Ю р довой св зью по ходу светового пу ка через светоделительный кубик0Y link in the course of the light beam through the beam splitting cube
На фиг.1 изображена схема оптиче кой системы и ход лучей в саггиталь ной плоскости; на фиг.2 - схема оптFigure 1 shows the layout of the optical system and the course of the rays in the sagittal plane; figure 2 - scheme opt
15 ческой системы и ход лучей в мериди альной плоскости; на фиг.З схема оптической системы Фурье-преобразов ни , его масштабировани и проециро вани солинейного изображени измер15 of the system and the course of the rays in the meridian plane; FIG. 3 is a diagram of the optical system of Fourier transform, its scaling and projecting a linear image of the
2Q тельной щели на приемник с зар дово св зью; на фиг.k - фотографи солинейного изображени измерительной щ ли; на фиг.5 фотографи дифракцио ного изображени измерительной щели2Q slit on receiver with charge connection; in FIG. k, a photograph of the linear image of the measuring pin; figure 5 photograph of the diffraction image of the measuring slit
инструмента и дополнительно введенной 25 на фиг.6 - фотографи видеосигналаtool and additionally introduced 25 in Fig.6 - photograph of the video signal
0683606836
жательное зеркало, фокусное рассто ние которого сопр жено условием фокусировки Гаусса с рассто нием между задней фокальной плоскостью известного проекционного объектива и вогнутым сферическим зеркалом, а также рассто нием между вогнутым сферическим зеркалом и известным приемником с заЮ р довой св зью по ходу светового пучка через светоделительный кубик0focal mirror whose focal length is matched by the Gauss focusing condition with the distance between the back focal plane of the known projection lens and the concave spherical mirror, as well as the distance between the concave spherical mirror and the well-known receiver with a close link along the beam of light through the beam-splitting cube0
На фиг.1 изображена схема оптической системы и ход лучей в саггиталь- ной плоскости; на фиг.2 - схема опти15 ческой системы и ход лучей в мериди- альной плоскости; на фиг.З схема оптической системы Фурье-преобразовани , его масштабировани и проецировани солинейного изображени измери2Q тельной щели на приемник с зар довой св зью; на фиг.k - фотографи солинейного изображени измерительной щели; на фиг.5 фотографи дифракционного изображени измерительной щели;Figure 1 shows a diagram of the optical system and the course of rays in the sagittal plane; Fig. 2 is a diagram of the optical system and the course of the rays in the meridian plane; Fig. 3 is a diagram of the optical system of the Fourier transform, its scaling and projecting the linear image of the measuring gap on the receiver with charge coupling; FIG. k is a photograph of the linear image of the measuring slit; Fig. 5 is a photograph of a diffraction image of a measuring slit;
опорной полуплоскостью и когерентной составл ющими пучка излучени лазера, и реализовать в единой оптической аноморфотной системе проекционный и дифракционный способы измерений. Анаморфотна оптическа система получена путем расположени второй цилиндрической линзы в передней фокальной плоскости известного проекционного объектива (линзы), за которым также расположен дополнительно введенный светоделительный кубик дл разделени пучка излучени в двух ортогональных направлени х На пути распространени п.рвого пучка за первой гранью свето- делительного кубика расположено дополнительно введенное плоское отражатель- е зеркало ортогонально оси падающего а него пучка дл его проецировани reference half-plane and coherent components of the laser radiation beam, and implement projection and diffraction measurement methods in a single optical anomorphic system. An anamorphic optical system is obtained by positioning the second cylindrical lens in the front focal plane of a known projection lens (lens), behind which is also an additionally introduced beam-splitting cube for separating the radiation beam in two orthogonal directions. On the propagation path of the first beam beyond the first beam of the beam splitter cube there is an additionally introduced flat reflective mirror orthogonal to the axis of the incident beam of the beam to project it
ПЗС-приемника при фотометрировании солинейного изображени измерительной щели; на фиг.7 фотографи видеосигнала ПЗС-приемника при фотометрировании дифракционного изображени изме рительной щели; на фиг.8 - функциональна блок-схема соединени ПЗС- приемника с системой ЧПУ станка; на фиг.9 функциональна блок-схема блока формировани видеосигнала ПЗС- приемника; на фиг.10 - функциональна блок-схема соединени устройств ЭВМ, на фиг.11 - функциональна блок-схема подключени процессора системы ЧПУ к приводам станка; на фиг.12 - блок-схе ма алгоритма вычислени ширины измери тельной щели; на фиг.13 блок-схема алгоритма сглаживани видеосигнала ПЗС-приемника; на фиг.1 - блок-схема алгоритма дифференцировани видеосиг50CCD-receiver for photometry of the linear image of the measuring gap; Fig. 7 is a photograph of the video signal of a CCD receiver when photometting a diffraction image of a measuring slit; Fig. 8 is a functional block diagram of the connection of the CCD receiver with the CNC system of the machine; Fig. 9 is a functional block diagram of a video signal conditioning unit of the CCD receiver; Fig. 10 is a functional block diagram of connecting computer devices; Fig. 11 is a functional block diagram of connecting a CNC system to the drives of the machine; Fig. 12 is a flowchart of the algorithm for calculating the width of the measurement gap; Fig. 13 is a flowchart of a smoothing algorithm for a video signal of a CCD receiver; FIG. 1 is a block diagram of a video-differentiation algorithm;
--. Кратном ходе лучей через светоде- 5-.тельный кубик на известный приемник нала; на фиг. 15 блок-схема алгорит- . зар довой св зью. Причем рассто ние с.т измерительной щели по ходу светово- гс пучка до известного проекционного объектива сопр жено условием фокусировки Гаусса с рассто нием от последнего по ходу светового пучка через светоделительный кубик и плоское отражательное зеркало до известного приемника с зар довой св зью. Кроме того , на пути распространени второго светового пучка за светоделительным кубиком расположено дополнительно-. The multiple rays course through the light- 5-body die on the known receiver; in fig. 15 block diagram of the algorithm. charge coupling. Moreover, the distance from the measuring gap along the light beam to the known projection lens is matched by the Gauss focusing condition with the distance from the latter through the light beam through the beam-splitting cube and the flat reflector to the known receiver with charge coupling. In addition, on the path of propagation of the second light beam behind the beam-splitting cube there is an additional
5555
ма поиска экстремальных (max и min) точек видеосигнала; на фиг 16 - блок- схема алгоритма формировани массива координат минимумов видеосигнала; на фиг. 17 - блок-схема алгоритма вычисле ни среднего периода Т0 .ma search for extreme (max and min) video signal points; FIG. 16 is a block diagram of an algorithm for forming an array of coordinates of a video signal minima; in fig. 17 is a flowchart of calculating the average period T0.
Устройство компенсации погрешностей обработки на металлорежущих станках содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси источник когерентного излучени - лазер 1 , установленный в передней плоскости коллимирующей сферическойA device for compensating machining errors on metal-cutting machines contains a coherent radiation source, successively located along the optical axis, a laser 1 mounted in the front plane of a spherical collimating
зведенное сфер чзское вогнутое отра0spheres formed chz concave branch
5five
00
ПЗС-приемника при фотометрировании солинейного изображени измерительной щели; на фиг.7 фотографи видеосигнала ПЗС-приемника при фотометрировании дифракционного изображени измерительной щели; на фиг.8 - функциональна блок-схема соединени ПЗС- приемника с системой ЧПУ станка; на фиг.9 функциональна блок-схема блока формировани видеосигнала ПЗС- приемника; на фиг.10 - функциональна блок-схема соединени устройств ЭВМ, на фиг.11 - функциональна блок-схема подключени процессора системы ЧПУ к приводам станка; на фиг.12 - блок-схема алгоритма вычислени ширины измерительной щели; на фиг.13 блок-схема алгоритма сглаживани видеосигнала ПЗС-приемника; на фиг.1 - блок-схема алгоритма дифференцировани видеосигнала; на фиг. 15 блок-схема алгорит- CCD-receiver for photometry of the linear image of the measuring gap; Fig. 7 is a photograph of a video signal of a CCD receiver when photometting a diffraction image of a measuring slit; Fig. 8 is a functional block diagram of the connection of the CCD receiver with the CNC system of the machine; Fig. 9 is a functional block diagram of a video signal conditioning unit of the CCD receiver; Fig. 10 is a functional block diagram of connecting computer devices; Fig. 11 is a functional block diagram of connecting a CNC system to the drives of the machine; Fig. 12 is a flowchart for calculating the width of the measuring slit; Fig. 13 is a flowchart of a smoothing algorithm for a video signal of a CCD receiver; Fig. 1 is a block diagram of a video signal differentiation algorithm; in fig. 15 flowchart
00
нала; на фиг. 15 блок-схема алгорит- Nala; in fig. 15 flowchart
5five
ма поиска экстремальных (max и min) точек видеосигнала; на фиг 16 - блок- схема алгоритма формировани массива координат минимумов видеосигнала; на фиг. 17 - блок-схема алгоритма вычислени среднего периода Т0 .ma search for extreme (max and min) video signal points; FIG. 16 is a block diagram of an algorithm for forming an array of coordinates of a video signal minima; in fig. 17 is a flowchart of an algorithm for calculating an average period T0.
Устройство компенсации погрешностей обработки на металлорежущих станках содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси источник когерентного излучени - лазер 1 , установленный в передней плоскости коллимирующей сферическойA device for compensating machining errors on metal-cutting machines contains a coherent radiation source, successively located along the optical axis, a laser 1 mounted in the front plane of a spherical collimating
линзы 2, за которой расположена перва цилиндрическа линза 3. В задней фокальной плоскости линзы 3 установлена опорна полуплоскость 4, с которой образует оптически прозрачную щель контролируемый резец (деталь ) 5, причем щель ориентирована вдоль большей оси эллипса сфокусированного пучка и совпадает с передней фокальной плоскостью второй цилиндрической линзы 6, расположенной в передней фокальной плоскости проецирующего объектива (линзы) 7- Линза 7 предназначена дл формировани солинейного изображени измерительно щели на однокоординатом приемнике 8 с зар довой св зью (ПЗС-приемник),который расположен за линзой 7 на рассто нии , сопр женном условием фокусировки Гаусса с ее фокусным рассто нием и рассто нием от линзы 7 до измерительной щели. Дл уменьшени габаритных размеров оптической системы за проекционной линзой расположен светоделительный кубик 9, обеспечивающий разделение падающего на него светового потока в двух взаимно ортгональных направлени х. На пути распространени первого светового пучка расположено плоское отражательное зеркало 10 дл формировани совместно с линзой 7 солинейного изображени измерительной щели на фоточувствительном слое приемника 8 с зар довой св зью. При этом рассто ние от линзы 7 до приемника 5 по ходу светового пучка через светоделительный кубик 9 и отражени от зеркала 10 удовлетвор ет оговоренному условию фокусировку Гаусса. На пути распространени второго светового пучка 11 за счетоделительным кубиком 9 расположено сферическое вогнутое отражательное зеркало 12 дл проецировани дифракционного изображени измерителной щели на фоточувствительный слой приемника 8 с зар довой св зью. При этом рассто ние от задней фокальной плоскости проецирующей линзы 7 до зеркала 12 сопр жено условием фокусировки Гаусса с его фокусным рассто нием и рассто нием от зеркала 12 по ходу светового пучка через светоделительный кубик 9 до приемника 8 с зар довой св зью.lens 2, behind which is located the first cylindrical lens 3. In the back focal plane of lens 3, there is a supporting half-plane 4, with which an optically transparent slit forms a controlled cutter (part) 5, the slit is oriented along the major axis of the ellipse of the focused beam and coincides with the front focal plane the second cylindrical lens 6, located in the front focal plane of the projecting lens (lens) 7; The lens 7 is designed to form a linear image of the measuring slot on a single face Inatom receiver 8 with charge coupling (CCD receiver), which is located behind lens 7 at a distance matched by the focusing condition of Gauss with its focal length and the distance from lens 7 to the measuring slit. To reduce the overall dimensions of the optical system, a beam-splitting cube 9 is positioned behind the projection lens, ensuring separation of the light flux falling on it in two mutually orthogonal directions. On the propagation path of the first light beam, a flat reflective mirror 10 is arranged to form, together with the lens 7, a linear image of the measurement slit on the photosensitive layer of the receiver 8 with charge coupling. At the same time, the distance from the lens 7 to the receiver 5 in the course of the light beam through the beam splitting cube 9 and the reflection from the mirror 10 satisfies the stipulated condition of Gauss focusing. A spherical concave reflecting mirror 12 is positioned along the path of the second light beam 11 through the counting cube 9 to project a diffraction image of the measuring slot onto the photosensitive layer of the charge-coupled receiver 8. At the same time, the distance from the back focal plane of the projecting lens 7 to mirror 12 is matched by the focusing condition of Gauss with its focal length and the distance from mirror 12 along the light beam through the beam-splitting cube 9 to the receiver 8 with charge coupling.
Выход приемника 8 с зар довой св зью подключен к блоку 13 формировани видеосигнала, соединенного, вThe output of receiver 8 with charge coupling is connected to block 13 of forming a video signal connected to
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
свою очередь, с процессором ЭВМ 14. Блок 13 Формировани видеосигнала содержит генератор 15 тактовой частоты развертки видеосигнала во времени . Выход генератора 15 тактовой частоты соединен с входом коммутатора 16, который предназначен дл формировани пр моугольных импульсов запуска/сброса формировател 17 фазных напр жений, вход которого соединен с выходом коммутатора 16. Первый, второй и третий выходы формировател 17 фазных напр жений соответственно соединены с первым, вторым и третьим фазными входами приемника 8 с зар довой св зью. Кроме того, первый выход формировател 17 фазных напр жений подключен также и к входу формировател 18 опорных напр жений, четыре выхода которого соединены соответственно с четырьм входами (входы питани , затвора, подложки и корпуса) приемника 8 с зар довой св зью, сигнальный выход которого соединен с п тым выходом формировател 18 опорных напр жений и входом операционного усилител (повторител ) 19 дл повышени мощности видеосигнала. Выход повторител 19 подключен к первому входу блока 20 фильтратов второй вход которого соединен с первым выходом формировател 17 фазных напр жений . Выход блока 20 фильтров подключен через усилитель 21 напр жени к сигнальному (аналоговому) входу ана- лого-цифрового преобразовател (АЦП) 22, цифровые выходы которого соединены че|5ез интерфейсное устройство 23 с общей шиной 14. Вход запуска АЦП 22 соединен с выходным регистром интерфейсного устройства 23. Начальный сигнал общей шиной ЭВМ 14 соединен через счетный триггер 24 с управл ющим входом формировател 17 фазных напр жений, который подключен к входу Требовани прерывани интерфейсного устройства 23. К общей шине ЭВМ 14 подключен процессор 25, оперативное запоминающее устройство 26, фотосчитыватель 27 через интерфейсное устройство 28, алфавитно- цифровой дисплей 29 через интерфейсное устройство 30. Кроме того, выход устройства 23 через формирователь 31 фазных напр жений и усилители тока 32 подключен к шаговым двигател м 33 суппорта 3.turn with the computer processor 14. The video signal shaping unit 13 comprises a generator 15 of the clock frequency of the video signal sweep over time. The output of the clock generator 15 is connected to the input of the switch 16, which is designed to generate square start / reset pulses of the phase voltage generator 17, the input of which is connected to the output of the switch 16. The first, second and third outputs of the phase voltage generator 17 are respectively connected to the first , the second and third phase inputs of the receiver 8 with charge coupling. In addition, the first output of the phase voltage driver 17 is also connected to the input of the reference voltage driver 18, the four outputs of which are connected respectively to the four inputs (power, gate, substrate and housing inputs) of the receiver 8 with a charge connection, the signal output of which connected to the fifth output of the reference voltage driver 18 and the input of the operational amplifier (repeater) 19 to increase the power of the video signal. The output of the repeater 19 is connected to the first input of the filtrates block 20, the second input of which is connected to the first output of the former 17 phase voltages. The output of the filter block 20 is connected via a voltage amplifier 21 to a signal (analog) input of an analog-digital converter (ADC) 22, whose digital outputs are connected via an interface device 23 to a common bus 14. The trigger input of the ADC 22 is connected to an output register interface device 23. The initial signal of the common computer bus 14 is connected via a counting trigger 24 to the control input of the phase voltage generator 17, which is connected to the input Interrupt requirement of the interface device 23. A processor is connected to the common computer bus 14 25, random access memory 26, photo reader 27 via interface device 28, alphanumeric display 29 through interface device 30. In addition, the output of device 23 through phase voltage generator 31 and current amplifiers 32 is connected to step motor 33 of support 3.
Работа устройства компенсации погрешностей обработки на металлорежущих станках заключаетс в следующем.The operation of the machining error compensation device on machine tools is as follows.
Выходной пучок излучени лазера 1 коллимируетс линзой 2 и распростран етс после нее в виде параллельного пучка, содержащего когерентное излучение в центральной области вокруг оси пучка, генерируемое резонатором лазера, и некогерентное спонтанное (люминесцентное) излучение в периферийной области пучка вокруг когерентной составл ющей, генерируемое активным элементом лазера 1. За линзой 2 расположена перва цилиндрическа линза 3, котора предназначена дл фокусировки падающего г а нее пучка излучени лишь в одном направлении . Поэтому в задней фокальной плоскости линзы 3 сфокусированный пучок имеет форму эллипса, больша ось которого совпадает с направлением фокусировки пучка цилиндрической линзой 3. Сфокусированный линзой 3 пучок освещает измерительную щель, образованную дополнительной опорной полуплоскостью и вершиной режущего клина инструмента Ь, причем больша ось эллипса освещающего пучка совпадает с направлением радиальной подачи инструмента 5, а опорна полуплоскость установлена статически в области когерентной составл ющей освещающего ее пучка излучени . Таким образом, достигаетс освещение измерительной щели узким, но длинным п тном : tfii TOBO- го пучка излучени . Проецирующей линзой 7, светоделительным кубиком 9 и плоским отражательным зеркалом 10 формируетс солинейное изображение измерительной щели на ПЗС-приемнике 8 Одновременно проецирующей линзой 7, светоделительным кубиком 9 и вогнутым отражательным зеркалом 12 формируетс дифракционное изображение измерительной щели на ПЗС-приемнике 8. При формировании солинейног. изображени измерительной щели на ПЗС-приемнике 8 освещенна грань статически установленной опорной полуплоскости А проецируетс на нескольго первых фотоэлементов чувствительного сло приемника 8, а вершина подвижного режущего инструмента 5 - на остальную часть чувствительного сло . Далее, при формировании дифракционного изображени щели на ПЗС-приемнике 8, оптическа система отюстирована The output beam of laser 1 is collimated by lens 2 and propagates after it in the form of a parallel beam containing coherent radiation in the central region around the beam axis generated by the laser resonator and non-coherent spontaneous (luminescent) radiation in the peripheral region of the beam around the coherent component generated by the active laser element 1. Behind the lens 2 there is a first cylindrical lens 3, which is designed to focus the incident beam of radiation in only one direction. Therefore, in the back focal plane of the lens 3, the focused beam has the shape of an ellipse, the major axis of which coincides with the direction of beam focusing by the cylindrical lens 3. The beam focused by lens 3 illuminates the measuring slit formed by the additional support half-plane of the tool b, and the large axis of the ellipse of the illuminating beam coincides with the direction of the radial flow of the tool 5, and the reference half-plane is set statically in the region of the coherent component of the illuminating it ka radiation. Thus, the illumination of the measuring slit is achieved by a narrow, but long spot: tfii of the TOBO radiation beam. A projection lens 7, a beam-splitting cube 9 and a flat reflective mirror 10 form a linear image of the measuring slit on the CCD receiver 8. At the same time, a projecting lens 7, the beam-splitting cube 9 and a concave reflector 12 form a diffraction image of the measuring slit on the CCD receiver 8. When forming a blue line. The images of the measuring slit on the CCD receiver 8 illuminated the face of the statically installed support half-plane A and projected onto several first photocells of the sensitive layer of the receiver 8, and the top of the movable cutting tool 5 onto the rest of the sensitive layer. Further, when forming a diffraction image of a slit on the CCD receiver 8, the optical system is mounted.
5five
00
5five
5five
00
5five
00
5five
путем углового перекоса зеркала 12 так, что на чувствительный слой ПЗС- приемника 8 не попадает нулевой дифракционный максимум, т.е. он смещен за пределы чувствительного сло . Таким образом, на ПЗС-приемник 8 одновременно проецируетс анаморфотной оптической системой два оптических изобрамени измерительной щели - солинейное изображение и дальн область дифракционного изображени , фотографии которых приведены на фиг.k и 5 соответственно. Дл уменьшени угловой расходимости светового пучка в этих изображени х,а также повышени их ркости (освещенности),между измерительной щелью и проецирующей линзой 7 расположена втора цилиндрическа линза 6, причем линза 6 расположена в передней фокальной плоскости линзы 7, а передн фокальна плоскость линзы 6 совмещена с плоскостью расположени измерительной щели, т.е. плоскостью расположени передней (верхней) грани режущего инструмента. Дифракционное изображение измерительной щели представл ет собой эквидистантно расположенные чередующиес максимумы и минимумы светового потока , про вл ющиес в регул рной осци- л ции интенсивности светового потока в дифракционном изображении. Период осцил ции видеосигнала обратно пропорционален ширине измерительной щели и может быть аппаратурою зарегистрирован по видеосигналу ПЗС-прием- ника (фиг./) дл щелей шириной не более 600-800 мкм, освещенных лишь когерентной составл ющей падающего на щель светового потока. Солинейное изображение измерительной щели представл ет собой ее теневую геометрическую проекцию, освещенную лишь в пределах ширины щели и визуально наблюдаемую как ркую световую линию фотометрируемую ПЗС-приемником 8, выходной видеосигнал которого (фиг.б; повтор ет по амплитуде распределение светового потока в соли- нейном изображении измерительной щели .by the angular skew of the mirror 12 so that the sensitive layer of the CCD receiver 8 does not hit a zero diffraction maximum, i.e. it is shifted beyond the sensitive layer. Thus, two optical images of the measuring slit are projected onto the CCD receiver 8 at the same time by the anamorphic optical system — the linear image and the far region of the diffraction image, the photographs of which are shown in FIG. K and 5, respectively. To reduce the angular divergence of the light beam in these images, as well as to increase their brightness (illumination), a second cylindrical lens 6 is located between the measuring slit and the projecting lens 7, the lens 6 being located in the front focal plane of the lens 7, and the front focal plane of lens 6 combined with the plane of the measurement gap, i.e. the plane of the front (upper) face of the cutting tool. The diffraction image of the measuring slit is equidistantly spaced alternating maxima and minima of the light flux, which appear in the regular oscillation of the intensity of the light flux in the diffraction image. The oscillation period of the video signal is inversely proportional to the width of the measuring slit and can be recorded by the video signal of the CCD receiver (Fig. /) For slits no larger than 600-800 microns, illuminated only by the coherent component of the light flux incident on the slit. The soline image of the measuring slit is its shadow geometric projection, illuminated only within the slit width and visually observed as a bright light line, photometric by the CCD receiver 8, the video output of which (fig.b; repeats in amplitude the light flux in the salt image measuring gap.
Выходной видеосигнал ПЗС-приемни- ка 8 формируетс блоком 13 и представл ет собой периодически чередующиес через равные тактовые интервалы импульсы огибающей, совпадающей по форме с пространственным распределением интенсивност:-; светового по9The output video signal of the CCD receiver 8 is generated by block 13 and consists of periodically alternating, at regular time intervals, envelope pulses, which coincide in shape with the spatial intensity distribution: -; light po9
тока в изображении на светочувствительном слое ПЗС-приемнике 8. Дл формировани видеосигнала в блоке 13 имеетс генератор 15 тактовой частоты , формирующий на выходе периодически повтор ющиес пр моугольные импульсы напр жени ,поступающие На вход коммутатора 16. Коммутатор 16 имеет шесть параллельных выходов, подключенных ко входам формировател 17 фазных напр жений, по каждому из которых коммутатором 16 последовательно распредел ютс входные импульсы . Формирователем 17 формируютс фазные напр жени в виде пр моугольных импульсов, поступающих из первого, второго и третьего его выходов на соответствующие три фазные входа приемника 8 с зар довой св зью Длительность импульсов каждого из фазных напр жений равна временному интервалу между передними фронтами двух импульсов, поступающих из соответствующего выхода коммутатора 16. Таким образом, формируетс бегуща во времени волна электрического напр жени по светочувствительному слою приемника 8, котора осуществл ет перенос накопившегос зар да под действием падающего на приемник 8 светового потока. Зар д поступает на выходной регистр приемника 8.current in the image on the photosensitive layer of the CCD receiver 8. For generating the video signal in block 13, there is a clock frequency generator 15 that generates periodically repeated square voltage pulses at the output to the input of the switch 16. The switch 16 has six parallel outputs connected to the inputs of the phase voltage generator 17, for each of which the input pulses are sequentially distributed by the switch 16. The shaper 17 produces phase voltages in the form of rectangular pulses coming from its first, second, and third outputs to the corresponding three phase inputs of the receiver 8 with charge coupling. The duration of the pulses from each of the phase voltages is equal to the time interval between the leading edges of the two pulses that arrive from the corresponding output of the switch 16. Thus, a traveling in time wave of electric voltage along the photosensitive layer of the receiver 8 is formed, which carries the accumulated The charge is caused by the luminous flux incident on the receiver 8. Charger arrives at the output register of the receiver 8.
Дл повышени квантовой эффективности выхода электронов из светочувствительного сло приемника 8 к его подложке и затвору выходного регистра прикладываютс соответствующие электрические напр жени , формируемые формирователем 18 опорных напр жений . Выходной видеосигнал приемника 8 поступает через операционный усилитель 19 (дл повышени нагрузочной способности) на вход блока 20 фильтров. В блоке 20 фильтров осуществл етс высокочастотна фильтраци видеосигнала из импульсной формы в сглаженную огибающую, котора повтор ет по форме распределение интенсивности светового пол на светочувствительном слое приемника 8. Далее выходной видеосигнал блока 20 фильтров усиливаетс по напр жению усилителем 21 дл повышени амплитуды видеосигнала, а также приведени его в диапазон входных напр жений аналогового входа АЦП 22. Запуск АЦП 22 осуществл етс программно процессором 25 ЭВМ И через выходнойIn order to increase the quantum efficiency of the electron output from the photosensitive layer of the receiver 8, appropriate electrical voltages are applied to its substrate and the gate of the output register, which are formed by the reference voltage generator 18. The output video signal of the receiver 8 is fed through the operational amplifier 19 (to increase the load capacity) to the input of the filter unit 20. Filter block 20 performs high-frequency filtering of a video signal from a pulsed form into a smoothed envelope, which repeats the shape of the intensity distribution of the light field on the photosensitive layer of receiver 8. Next, the output signal of filter block 20 is amplified by voltage amplifier 21 to increase the amplitude of the video signal, as well as bringing it into the input voltage range of the analog input of the ADC 22. The ADC 22 is started by the software processor 25 of the computer AND through the output
17068361706836
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
регистр интерфейсног ,ст . j-;-. 2j- обмена данными. С цифровых зыходое АЦП 22 поступает рзоичпн.- цифровой код входного зидеосиг-нсла на Бледные регистры интерфейсного . тза 23, с которого считываетс программно процессором 25 и записыь. а виде массива чисел в опербти,ьш. запоминающее устройство 26. Далее осуществл етс цифрова oopaociKd видеосигнала (т.е. записанного массива чисел, значени которых гфогюриио- нальны амплитудам соответствующих . Т- счетов видеосигнала) в г, ;х./г спмммом режиме по алгоритму, приьедыр- му на фиг 12. Сущность обработки видеосигнала по такому алгоритму свидитс к выполнению р да процедур, представ- лемных в виде отдельных алгоритмов на последующих фпг.. На первом этапе обработки введенного видеосигнала осуществл етс его сглаживание дл подавлени случайных флуктуации , вызванных загр знением деталей оптической системы, а также попавшей стружкой от обрабатываемой детали в поле зрени оптической системы (см. алгоритм ча фиг. 13/.interface register, art. j -; -. 2j- data exchange. From the digital output of the A / D converter 22, the ppdcg.digital code of the input zideosignnl enters the Pale interface registers. 23, from which it is read by the software processor 25 and the record. and the form of an array of numbers in operabti, bs. memory 26. Next, a digital oopaociKd video signal (i.e., a recorded array of numbers, the values of which are amplified by the amplitudes of the corresponding T-accounts of the video signal) is performed in g,; x / g mode in accordance with the algorithm used in FIG. 12. The essence of video signal processing according to this algorithm is related to the execution of a number of procedures, represented as separate algorithms at subsequent phpgs. At the first stage of processing the input video signal, it is smoothed to suppress random fluctuations caused by contamination of parts of the optical system, as well as trapped chips 13 / workpiece in the field of view of the optical system (see. FIG algorithm ca..
Алгоритм сглаживани видеосигнала, представленный на фиг.13, заключаетс в том, что значени отсчетов видеосигнала , соответствующие элементам А (I) массиза А умн:;.ают-: на со от- ветствующие весовые коэффициенты Н (1) и суммируютс . Результат суммировани записываетс в чейку А (I,) , после чего индекс i уплачиваетс на единицу и процесс повтор етс до достижени массива А. Б результате, сглаживани ь 1, с-::, соответствующих знаиен инм не ; дНч го массива, записываютс значени сглаженного видеосигнала, т... свертки исходного видеосигнала .. имг./льсной характеристикой цифровог Фпльтрз, представленной массивом Н еаы, .The video signal smoothing algorithm shown in Fig. 13 is that the video signal sample values corresponding to the A (I) elements of the masses A are intelligent:; ayut-: with the corresponding weighting coefficients H (1) and added together. The result of the summation is written into the cell A (I,), after which the index i is paid per unit and the process is repeated until the array A is reached. The result, smoothing 1, s - ::, corresponds to significant values; dnch array, the values of the smoothed video signal are recorded, t ... convolution of the original video signal. its img / best characteristic of the digital signal represented by the H ey array,.
Алгоритм дифференцировани ,ф1-,г. необходим дл выделени переднего и заднего фронтов видеосигнала, соответствующего проекционному еолинойно- му изображению щели. Он заключаетс в вычислении разности Т+2- и 1-го элементов массива А сгл.зжс гм-;.:го видеосигнала , при - см резу ь..гг записываетс в 1-ю -.|..:..-, а i-ч ,;.:.. к увеличиваетс на C;;i . чУ. после иег-о прг.- цесс продолжаетс дс / остижеш ; ::ин- ца .массива.Algorithm of differentiation, F1-, g. necessary to highlight the front and rear edges of the video signal corresponding to the projection image of the slit. It consists in calculating the difference between the T + 2- and 1-th elements of the array A using the video signal of the video signal, when the video signal is seen, it is recorded in the 1st -. | ..: ..-, and i-h,;.: .. to increases by C ;; i. chu. after the Yeh-oh prg.- process continues ds / ostizhesh; :: intsa. array.
Алгоритм поиска экстремумов (максимума и минимума) видеосиганала (фиг.15) заключаетс в последовательной проверке всех значений дифференцированного массива А на максимум и минимум. Начальные значени максимума и минимума устанавливаютс равными нулю и замен ютс на вновь определенные значени максимумов и минимумов по мере их обнаружени . При этом запоминаютс такие положени максимумов и минимумов, в результате чего после просмотра массива определ ютс значени и положени наибольших по абсолютной величине максимума и минимума , соответствующих границам исходного солинейного изображени щели.The extremum search algorithm (maximum and minimum) of the video channel (Fig. 15) consists in sequentially checking all values of the differentiated array A for maximum and minimum. The initial values of the maximum and minimum are set equal to zero and are replaced with the newly determined maximums and minimums as they are detected. At the same time, such positions of maxima and minima are memorized, as a result of which, after viewing the array, the values and positions of the maximum absolute value of the maximum and minimum corresponding to the boundaries of the original solitary image of the slit are determined.
Ширина щели вычисл етс как разность этих положений (фиг.12), на на масштабирующий коэффициент, равный отношению размера фотоэлемента к коэффициенту увеличени оптической системы в проекционном канале. Если полученна ширина меньше, чем пре- дельно допустима программно заданна то производитс повторный пересчет ширины щели по дифракционному изобра- жечию. Он включает в себ сглаживание вновь введенного видеосигнала, причем участок, соответствующий проекционному изображению,не обрабатываетс , а импульсна характеристика обеспечивает фильтрацию лишь высокочастотной составл ющей сигнала. После этого производитс формирование массива - ординат минимумов (фиг.16) .The slit width is calculated as the difference of these positions (Fig. 12), by a scaling factor equal to the ratio of the photocell size to the magnification of the optical system in the projection channel. If the resulting width is less than the maximum allowable software specified, then the slit width is recalculated from the diffraction image. It includes the smoothing of the newly introduced video signal, where the portion corresponding to the projection image is not processed, and the impulse response filters only the high frequency component of the signal. After that, the formation of an array of ordinates of minima is carried out (Fig. 16).
умножекоmultiplied
Алгоритм формировани массива координат минимумов заключаетс в посл довательной проверке массива значений видеосигнала на выполнение услови минимума; при обнаружении минимума его координата (т.е. индекс минимального элемента) записываетс в массив М значений координат, после чего вычисл ютс значени рассто ний между двум соседними минимумами которые равны разности значений двух соседних элементов массива М. Разности К-го и К+1-го значений массива М записываетс вК-е элементы массива периодов Т, который предназначен дл определени среднего периода осцилл ции видеосигнала, соответствующего дифракционному изображению щели. Алгоритм определени среднего периода представлен на фиг.1 и заключаетс в вычислении суммы всехThe algorithm for forming the array of minima coordinates consists in successively checking the array of video signal values for the fulfillment of the minimum conditions; when a minimum is detected, its coordinate (i.e., the minimum element index) is written into an array of coordinate values M, after which the values of the distances between two adjacent minima are calculated which are equal to the difference of the values of two adjacent elements of the array M. Difference of K-th and K + 1 -th values of array M are written in the C-th elements of the array of periods T, which is intended to determine the average oscillation period of the video signal corresponding to the diffraction image of the slit. The algorithm for determining the average period is shown in FIG. 1 and consists in calculating the sum of all
значений массива Т периодов и делении ее на количество элементов.the values of the array of T periods and its division by the number of elements.
Далее определ етс ширина измерительной щели как отношение произведени длины волны излучени лазера на эквивалентное рассто ние 1 от щели до ПЗС-приемника к среднему периоду Т0 осцилл ции амплитуды видеоси - нала .Next, the measuring slit width is determined as the ratio of the product of the laser radiation wavelength and the equivalent distance 1 from the slit to the CCD receiver to the average period T0 of the amplitude amplitude of the video.
Дл определени величины размерного износа резца 5 его перемещают суппортом 3 в исходную нулевую позицию,, т.е. образуют измерительную щель шириной а,|, величина которой измер етс и запоминаетс в ЭВМ. Выполн ют обработку детали на требуемый размер путем задани траектории движени инструмента 5 относительно заготовки детали и возвращает суппорт 3 в исходную нулевую позицию. Измер ют ширину а2 образованной измерительной щели, определ ют размерныйTo determine the size of the wear of the cutter 5, it is moved by the caliper 3 to the initial zero position, i.e. form a measuring gap of width a, |, the value of which is measured and stored in a computer. The part is machined to the required size by specifying the path of the tool 5 relative to the part blank and returns the caliper 3 to the initial zero position. Measure the width a2 of the formed measuring slit, determine the size
25 , „ 25, „
4545
до 50up to 50
5555
а, инструмента 5 и коризнос h ректируют траекторию его движени в радиальном направлении на величину износа h, что обеспечивает компенсацию размерного износа h инструмента и требуемый диаметр детали.a, the tool 5 and the curvature h recite the path of its movement in the radial direction by the amount of wear h, which provides compensation for the dimensional wear h of the tool and the required diameter of the part.
Дл контрол непосредственно диаметра обрабатываемой детали оптическую систему устройства, содержащую детали 1-12 в одном корпусе, устанавливают в суппорте 3 станка и перемещают вдоль детали.To control directly the diameter of the workpiece, the optical system of the device, which contains parts 1-12 in one housing, is installed in the support of the machine 3 and is moved along the part.
Измерительна цель в этом случае образуетс профилем поверхности обрабатываемой детали и опорной полуплоскостью k. При перемещении оптической системы устройства вдоль поверхности детали, отклонени ширины а щели пропорциональны линейным отклонени м диаметра детали.The measuring target in this case is formed by the surface profile of the workpiece and the reference half-plane k. When moving the optical system of the device along the surface of the part, the deviations of the width and the slits are proportional to the linear deviations of the diameter of the part.
Траектори движени инструмента 5 относительно детали формируетс процессором 25 в виде последовательности пр моугольных импульсов, поступающих по общей шине ЭВМ 14 через интерфейсное устройство 23 на входы формировател 31 фазных напр жений. Количество импульсов пр мо пропорционально величине перемещени суппорта 3, а частота следовани импульсов пр мо пропорциональна скорости перемещений суппорта 3. Направление перемещений суппорта 3 определ етс номером начала (выхода) устройства 23, с которого поступают импульсы на вход формировател 31. Выходы формировател 31 подключены через усилители 32 тока к входам шаговых двигателей 33, соединенных через механическое зацепление с суппортом 3.The motion path of the tool 5 relative to the part is formed by the processor 25 as a sequence of square pulses arriving over a common computer bus 14 through the interface device 23 to the inputs of the phase voltage generator 31. The number of pulses is directly proportional to the amount of movement of the caliper 3, and the pulse frequency is directly proportional to the speed of movement of the caliper 3. The direction of movement of the caliper 3 is determined by the number of the beginning (output) of the device 23, from which the pulses enter the input of the imager 31. The outputs of the imager 31 are connected through current amplifiers 32 to the inputs of the stepper motors 33, connected via mechanical engagement with the caliper 3.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU864130746A SU1706836A1 (en) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | Device for compensating tooling errors of metal-cutting machines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU864130746A SU1706836A1 (en) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | Device for compensating tooling errors of metal-cutting machines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1706836A1 true SU1706836A1 (en) | 1992-01-23 |
Family
ID=21261492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU864130746A SU1706836A1 (en) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | Device for compensating tooling errors of metal-cutting machines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1706836A1 (en) |
-
1986
- 1986-10-08 SU SU864130746A patent/SU1706836A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Runckvist: V, In.dcrcct size control in NC-turniib; r liU Annals, 1982 Mnnufactnriu;: L echn: i ;.;y . Vol. 31 /1 , 1982, ;- 254-261 ( УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4708483A (en) | Optical measuring apparatus and method | |
US3781110A (en) | Optical range finding system | |
US3957376A (en) | Measuring method and system using a diffraction pattern | |
JPH0585845B2 (en) | ||
EP0002428B1 (en) | Optical system for use with apparatus for contouring surfaces with coherent light | |
JP3294985B2 (en) | Surface curvature measurement device | |
CN105758381A (en) | Method for detecting inclination of camera die set based on frequency spectrum analysis | |
JPH01503330A (en) | Compact continuous wave wavefront sensor | |
JPS62201301A (en) | Laser interference length measuring machine | |
JPS58191907A (en) | Method for measuring extent of movement | |
US3578975A (en) | Apparatus for monitoring the guidance and focus of telescope | |
SU1706836A1 (en) | Device for compensating tooling errors of metal-cutting machines | |
JPS606293A (en) | Method and apparatus for aligning focus of light to object | |
JPH08504505A (en) | Method and apparatus for capturing distant images | |
JP2002296018A (en) | Three-dimensional shape measuring instrument | |
JPS60200108A (en) | Optical type thickness measuring method and apparatus thereof | |
CN111708258A (en) | Holographic raster scanning photoetching exposure monitoring device and adjusting method | |
EP0310231A2 (en) | Optical measuring apparatus | |
EP0157431A1 (en) | Procedure to measure the dimensions of a body in movement in a three-dimensional field, and an optoelectronic device to carry out such procedure | |
GB2135150A (en) | Optical inspection system | |
SU1759604A1 (en) | Cutting control device | |
JPH07503547A (en) | Interferometric probe for distance measurement | |
US4601581A (en) | Method and apparatus of determining the true edge length of a body | |
SU1138642A1 (en) | Interference device for remote measuring of small displacements | |
CN101329513B (en) | Double-scanning type silicon chip focusing, leveling and measuring apparatus and system |