SU1759604A1 - Устройство управлени процессом резани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению, а именно к ептическим приборам, используемым при металлообработке , и может быть применено дл  компенсации погрешностей обработки на токарных станках с ЧПУ дл  контрол  и компенсации размерного износа двух типов режущего инструмента с высокой точностью в услови х гибкого автоматизированного производства . Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства управлени  процессом резани  за счет того, что возможен контроль износа двух типов не только пр мых, но и обратных резцов при одновременном сохранении высокой точности и минимизации габаритов устройства. Устройство содержит последовательно расположенные источник когерентного излучени , две линзы - сферическую и цилиндрическую дл  формировани  расход щегос  пучка излучени , две опорные полуплоскости и две оборачивающие призмы, симметрично расположенные относительно оптической оси линз, цилиндри- ческий объектив дл  формировани  изображени  на линейке приборов с зар довой св зью и электронную систему анализа и управлени  процессом металлообработки . Принцип работы устройства основан на дифракции когерентного излучени  на щели, образованной одной из опорных полуплоскостей и соответствующим типом режущего инструмента. Информационна  часть дифракционного изображени  направл етс  на линейку приборов с зар довой св зью посредством одной из оборачивающих призм и цилиндрического объектива. Видеосигнал линейки приборов с зар довой св зью анализируетс  в электронной системе анализа и управлени  процессом металлообработки , где вырабатываютс  команды на управление положением суппорта станка. 9 ил. сл С -ч ел ю о о N

Description

Изобр етение относитс  к оптическому приборостроению, а именно к оптическим приборам, используемым при металлообработке , и может быть применено дл  компенсации погрешностей обработки на токарных станках с числовым программным управлением , дл  контрол  и компенсации размерного износа двух типов режущего инструмента с высокой точностью в услови х гибкого автоматизированного производства .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства управлени  процессом резани  за счет того, что возможен контроль износа двух типов, не только пр мых, но и обратных резцов при одновременном сохранении выедкой точности и минимизации габаритов устройства.

На фиг. 1 изображена схема оптической системы и ход лучей в сигнальной плоскости в двух проекци х: на фиг. 2 - функциональна  блок-схема соединени  ПЗС-приемни- ка с системой ЧПУ станка; на фиг. 3 - функциональна  блок-схема блока формировани  видеосигнала ПЗС-приемника; на фиг. 4 - функциональна  блок-схема соединени  устройств ЭВМ; на фиг. 5 - функциональна  блок-схема подключени  процессора системы ЧПУ к приводам станка; на фиг. 6 - блок-схема алгоритма вычислени  ширины измерительной щели; на фиг, 7 - структурна  схема алгоритма сглаживани  видеосигнала ПЗС-приемника; на фиг. 8 - структурна  схема алгоритма формировани  массива координат минимумов видеосигнала; на фиг. 9 - структурна  схема алгоритма вычислени  среднего периода Т0 Устройство состоит из оптической преобразующей системы дл  формировани  дифракционного изображени  и электронной системы его анализа и управлени  процессом металлообработки. Оптическа  преобразующа  система (см.фиг. 1) содержит расположенные последовательно на одной оптической оси источник 1 когерентного излучени , сферическую линзу 2, цилиндрическую линзу 3, расположенные дл  преобразовани  пучка излучени  в тонкую нить, кра  которой расположены на кра х полуплоскостей 4 и 5, которые расположены симметрично, относительно оптической оси, одна из полуплоскостей 4 либо 5 образует измерительную щель 6 с вершиной 7 режущего клина соответствующего типа инструмента , за которым расположены две призмы 8 и 9, например, Дове, симметричные относительной той же оси, и цилиндрическа  линза 10, на двойном фокусном рассто нии от которой расположены опорные полуплоскости 4 и 5 приемника 11с зар довой св зью (ПЗС), расположенна  симметрично относительно оптической оси, причем кра  пучка излучени , прошедшие через кра  полуплоскостей 4 и 5, наход тс  в плоскости приемника 11 на рассто нии от оптической оси, равном длине приемника 11. Выходной сигнал приемника 11 поступает в электронную систему 12 его анализа и управлени  процессом метллообработки, состо щую из блока 13 формировани  видеосигнала и ЭВМ 14.

Выход приемника 11 подключен также к блоку 13 формировани  видеосигнала, который соединен, в свою очередь, с процессором ЭВМ 14, см.фиг.2. Блок 13 формировани  видеосигнала содержит (см.фиг.З)

генератор 15 тактовой частоты развертки видеосигнала во времени. Выход генератора 15 тактовой частоты соединен со входом коммутатора 16, который предназначен дл 

формировани  пр моугольных импульсов запуска (сброса) формировател  фазных напр жений 17,вход которого соединен с выходом коммутатора 16. Первый, второй и третий выходы формировател  фазных напр жений 17 соответственно соединены с первым, вторым и третьим фазными входами приемника 11 с зар довой св зью. Кроме того, первый выход формировател  17 фазных напр жений подключен также и ко

входу формировател  18 опорных напр жений , четыре выхода которого соединены соответственно с четырьм  входами (входы питани , затвора, подложки и корпуса) приемника 11 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  видеосигнала . Выход повторител  19 подключен к

первому входу блока 20 фильтров, 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 аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 22, цифровые выходы которого соединены через интерфейсное устройство 23 с общей шиной ЭВМ 14. Вход запуска АЦП 22 соединен с выходным регистром интерфейсного устройства 23 (см.фиг.4).

Канальный сигнал общей шины ЭВМ 14 соединен через счетный триггер 24 с управл ющим входом формировател  17 фазных

напр жений, который подключен ко входу требовани  прерывани  интерфейсного устройства 23. К общей шине ЭВМ 14 подключен процессор 25, оперативное запоминающее устройство 26. фотосчитыватель 27

5 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 под0 ключей к шаговым двигател м 33 суппорта 34 (см.фиг.5).

Устройство работает следующим образом . Перед началом металлообработки инструмент в суппорте станка перемещают в

5 исходную нулевую позицию. Пучок излучени  источника 1 формируетс  цилиндрической линзой 2 в расход щийс  пучок, кра  которого совершают опорные полуплоскости 4 и 5 и наход тс  в плоскости анализа на

рассто нии, равном длине приемника 11

ПЗС от оптической оси. Этот пучок цилиндрической линзой 3 собираетс  в тонкую .линию на щели 6. Сформированный таким образом пучок излучени  источника 1 дифрагирует на щели 6, образованной одной из опорных полуплоскостей 4 либо 5 и вершиной 7 соответствующего инструмента. Дифрагированный световой поток оборачиваетс  соответствующей призмой 8 либо 9 и направл етс  на цилиндрическую линзу 10, котора  фокусирует дифракционное изображение щели 6 на приемнике 11 ПЗС, выходной сигнал которой поступает в электронную систему 12. котора  осуществл ет управление суппортом станка.

Дифракционное изображение щели 6 состоит из эквидистантно расположенных экстремумов светового потока, фоомэ и характер которых зависит от качества соответ- ствующего кра  щели 6.

Экстремумы, расположенные под опорной полуплоскостью имеют  ркий контраст и расположены на рассто нии обратно пропорциональном ширине щели 6. Экстремумы, расположенные со стороны инструмента не обладают этими качествами . Призмы 8 и 9 оборачивают дифракционное изображение так, что экстремумы, расположенные под опорными полуплоско- ст ми 4 и 5, попадают на линейку ПЗС при контроле любого из типов режущего инструмента . Дифракционное изображение, преобразованное в электрический сигнал ПЗС-прмемником 11 анализируетс  в элект- ронной системе 12, котора  осуществл ет перемещение суппорта станка.

Выходной видеосигнал ПЗС-приемника 11 формируетс  блоком 13 и представл ет собой периодически чередующиес  через равные тактовые интервалы импульсы огибающей, совпадающей по форме с пространственным распределением интенсивности светового потока в изображении на светочувствительном слое ПЗС-приемника 11. 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 кото- рых 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 11 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 11, котора  осуществл ет перенос накопившегос  зар да под действием падающего на приемник 11 светового потока. Зар д поступает на выходной регистр приемника 11. Дл  повышени  квантовой эффективности выхода электронов из светочувствительного сло  приемника 11 к его подложке и затвору выходного регистра прикладываютс  соответствующие электрические напр жени , формируемые формирователем 18 опорных напр жений. Выходной видеосигнал приемника 11 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 11. Далее выходной видеосигнал блока 20 фильтров усиливаетс  по напр жению усилителем 21 дл  повышени  амплитуды видеосигнала, э также приведени  его в диапазон входных напр жений аналогового входа АЦП 22.

Запуск АЦП 22 осуществл етс  программно процессором 25 ЭВМ 14 через выходной регистр интерфейсного устройства 23 обмена данными, С цифровых выходов АЦП 22 поступает двоичный цифровой код входного видеосигнала на входные регистры интерфейсного устройства 23, с которого считываетс  программно процессорбм 25 и записываетс  в виде массива чисел в оперативное запоминающее устройство 25. Далее осуществл етс  цифрова  обработ ка видеосигнала (т.е. записанного массива чисел, значени  которых пропорциональны амплитудам соответствующих отсчетов видеосигнала ) в программном режиме по алгоритму, приведенному на фиг. 6. Сущность обработки видеосигнала по такому алгоритму сводитс  к выполнению р да процедур, представленных в виде отдельных алгоритмов на последующих фиг. 7-9. Нл первом этапе обработки введенного видеосигнала осуществл етс  его сглаживчние до  подавлени  случайных флуктцаций, вызванных загр знением деталей оптической системы, а также попавшей стружкой от епрэМтываемой детали в поле зрени  оптической системы (см.алгоритм на фиг. 7).

Алгоритм сглаживани  видеосигнала, представленный на фиг. 7. заключаетс  в том, что значени  отсчетов видеосигнала, соответствующие элементам A (J) массива А умножаютс  на соответствующие весовые коэффициенты Н (J) и суммируютс . Результат суммировани  записываетс  в  чейку А 0), после чего индекс J увеличиваетс  на единицу и процесс повтор етс  до достижени  конца массива А. В результате сглажи- вани  в  чейках, соответствующих значени м исходного массива, записываютс  значени  сглаженного видеосигнала.т.е. сверки исходного видеосигнала с импульсной характеристикой цифрового фильтра, представленной массивом Н весовых коэффициентов .

После этого производитс  формирование массива координат минимумов (фиг.8). Алгоритм формировани  массива координат минимумов заключаетс  в последова- тельной проверке массива значений видеосигнала, на выполнении услови  минимума; при обнаружении минимума его ко- ордината (т.е. индекс минимального элемента) записываетс  & 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 K-1-ro значений массива М записываютс  в К-е элементы массива периодов , который предназначен дл  опредеде- ни  среднего периода осцилл ции видеосигнала, соответствующего дифракционному изображению щели. Алгоритм определени  среднего периода представлен на фиг. 9 и заключаетс  в вычисленных суммы всех значений массива Т периодов и делении ее на количество элементов.

Далее определ етс  ширина измерительной щели как отношение произведени  длины волны Я излучени  лазера на эквивалентное рассто ние F от щели до ПЗС-прием- ника к среднему периоду Т осцилл ции амплитуды видеосигнала.

Дл  определени  величины размерного износа резца его перемещают суппортом 34 в исходную нулевую позицию, т.е. образуют измерительную щель шириной at. величина которой измер етс  и запоминаетс  в ЭВМ 13. Выполн ют обработку детали на требуемый размер путем задани  траектории движени  инструмента относительно заготовки детали и возвращают суппорт 3 в исходную нулевую позицию. Измер ют ширину 32 образованной измерительной щели, определ ют размерный износ h aa-at инструмента и корректируют траекторию его движени  в радиальном направлении на ве

личину износа h, что обеспечивает компенсацию размерного износа инструмента и

требуемый диаметр детали.

Дл  практической реализации предложенного устройства компенсации погрешностей обработки на металлорежущих станках наиболее целесообразно использовать в качестве источника 1 когерентного излучени  - полупроводниковые лазеры типа ИЛПН-2-ЗКА, либо ИЛПН-2-4-КА. Все оптические детали изготавливаютс  известными методами оптического приборостроени  с расчетом на конкретные габаритные размеры устройства в целом, а также типа металлорежущего станка, где оно устанавливаетс . В качестве приемника с зар довой св зью могут быть -использованы

однокоординатные ЛЗС-линейки типа 1200ЦЛ1, ФПЗС-бЛ, ФПЗС-1Л, либо А 032, а также другие удовлетвор ющие по длине светочувствительной площадки требуемым габаритным размером оптической системы.

Функциональные устройства 15-21 блока 13 формировани  видеосигнала наиболее целесообразно выполн ть на микросхемах серии К561. аналоге цифровой преобразователь 22 может быть выбран

марки Ф-7077/2.

8 качестве ЭВМ 14 наиболее целесообразно использовать микро-ЭВМ типа Элек- троника-60, либо ДВК-2, содержащие интерфейсное устройство 23 типа И-2, ироцессор 25 типа М-2. либо М-3, оперативное запоминающее устройство типа П-2, либо П-3, фотосчитыватель 27 типа ФС-1501, соединенный через интерфейсное устройство 28 типа В-1 с общей шиной ЭВМ 14, дисплей 29 типа 15МЭ 00-13, соединенный через интерфейсное устройство 30 типа УПО с общей шиной ЭВМ 14.

Таким образом, предложенное устройство по сравнению с известным-расшир ет

функциональные возможности устройства управлени  процессом резани  при одновременном сохранении высокой точности, минимизации габаритов устройства, т.е. позвол ет посредством одного прибора контролировать размерный износ двух видов режущего инструмента, что решает проблему универсальности устройства.

Claims (1)

1. Формула изобр е тени  Устройство управлени  процессом резани , содержащее расположенные последовательно на оптической оси источник когерентного излучени , опорную полуплоскость , объектив, линейку приборов с зар довой св зью и электронную систему

   анализа и управлени  процессом металлообработки , отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей , устройство снабжено сферической и цилиндрической линзами, установленными последовательно между источником когерентного излучени  и опорной полуплоскостью, второй опорной полуплоскостью , установленной симметрично

   первой полуплоскости относительно оси пучка, и двум  призмами, установленными также симметрично между опорными плоскост ми и объективом, выполненным в виде цилиндрической линзы, установленным на двойном фокусном рассто нии от опорных плоскостей и линейки приборов с зар довой св зью, установленной относительно оптической оси симметрично.

   11

   4Ъ

   Vt

   Фиг. g

   i

   47

   46

   A5

   Фиг 3

   23

   «РИГ Ц

   2Л

   34

   1Ь

   Ji

   30

   3

   X

   л 00

   г

   Ј

   Ъ О

   м

   II

   С s О Н Е

   Фиг 9