Измерительная головка

 

Использование: в гибких производственных модулях на базе станков с числовым программным управлением. Сущность: устройство содержит дифференциальный струнный преобразователь, закрепленный на суппорте станка, аналого-цифровой преобразователь , логический блок, переключатель режимов работы и систему ЧПУ с интерполятором и блоком коррекции положения инструмента. Струнный преобразователь снабжен электромагнитами, устройством управления положением измерительного наконечника и сменной втулкой с двумя ползунами, касающимися диаметрально расположенных точек измеряемой детали.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК

ni)s В 23 B 25/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4876034/08 (22) 19.10.90 (46) 15.12.92. Бюл,N 46 (46) Московский институт злектронноt о машиностроения (72) (0;B.Скачко, К.Э.Чистов, Т.8.Морозова и П.№Максимов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1442370, кл. B 23 Q 15/00, 1987. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА (57) Использование: в гибких производственных модулях на базе станков с числевым программным управлением, Сущность: устИзобретение относится к станкостроению и может быть использовано в гибких производственных модулях на базе станков с числовым программным управлением (ЧПУ), например токарных.

Известно устройство, содержащее измерительную головку с установленным в корпусе дифференциальным датчиком с измерительным наконечником.

Для измерения диаметров измерительный наконечник струнного датчика перемещением суппорта по программе системы

ЧПУ вводят в отверстие детали, обеспечивая последовательно касание наконечником двух диаметрально расположенных точек отверстия на направлении движения суп порта.

По числу управляющих импульсов, поступающих из интерполятора на исполнительный механизм привода перемещения, и сигналу от АЦП измеряют диаметр отверстия и формируют сигнал на коррекцию программы механической обработки детали, Недостатком данного способа устройства является ограниченная точность, обус,, Ы„, 1780930 А1 ройство содержит дифференциальный струнный преобразователь, закрепленный на суппорте станка, аналого-цифровой преобразователь, логический блок, переключаТЕль режимов работы и систему ЧПУ с интерполятором и блоком коррекции поло>кения инструмента. Струнный преобразователь снабжен электромагнитами, устройством управления положением измерительного наконечника и сменной втулкой с двумя ползунами, касающимися диаметрально расположенных точек измеряемой детали. 2 ил. ловленная погрешностью перемещения суппорта, относительно большим временем измерения, осуществляемого при замедленной подаче суппорта и, как следствие, низкая производительность.

Целью изобретения является повышение точности измерения внутренних диа-. метров за счет исключения погрешности дискретности перемещения суппорта.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства.

Устройство для измерения внутренних диаметров в системах адаптивного управления размерной обработкой содержит датчик линейных перемещений, например, струнного типа, состоящий из двух струн 1,2, размещенных в поле постоянных магнитов 3, возбуждения колебаний струн 1,2. Непод-,, вижные концы струн 1,2 закреплены на корпусе 4 датчика, закрепленном в кожу-; хе 5. Кожух 5 установлен в гнезде держателя 6, размещенном на суппорте 7 станка с ЧПУ.

Подвижные концы струн 1,2 закреплены на рычаге 8, установленном на упругом шар1780930 нире 9, выполненном в виде ленты, середина которого закреплена на рычаге 8, а концы зажаты на корпусе 4. На рычаге 8 закреплен измерительный наконечник 10 со сферическим концом..На наконечнике 10 закреплен шар 11, расположенный в зазоре между двумя ползунами 12 со сферическими торцами с одной стороны и плоскими торцами с другой стороны, обращенными к шару 11, Ползуны 12 подвижно установлены в сменной втулке 13, К поверхности измеряемой детали 14 ползуны 12 прижимаются дугообразной пружиной 15. Втулка 13 закреплена на обойме 16 с двумя электромагнитами 17, B зазоре между сердечниками электромагнитов 17 расположен якорь

18, установленный на измерительный наконечнике 10.

Струны 1,2 электрически подключены ко входам автогенераторов 19, 20 соответственно, выходы которых подключены к информационным входам 1,2 АЦП 21, предназначенного для получения цифрового сигнала, пропорционального отношению частот струн 1,2 или периоду колебаний . струны 2.

Первый вход управления АЦП 21 подключен к первому выходу переключателя 23 режимов работы, второй вход управления

АЦП 21 подключен к второму выходу логического блока 22, предназначенного для выработки сигналов управления системой, зависящих от сигналов, поступающих от

АЦП 21, переключателя 23 и интерполятора

24. Выход АЦП 21 подключен ко второму входу логического блока 22. Логический блок выполнен на базе микропроцессора серии К580.

Второй выход переключателя 23 соединен c первым входом логического блока 22, третий выход которого подключен к блоку электромагнитов и управляющему входу пе-. реключателя 23 режимов работы.

Выход.интерполятора 24 системы ЧПУ

26, содержащей блок коррекции 25, связан через третий вход и первый выход логического блока с исполнительным механизмом

26 привода перемещения суппорта 7.

Устройство работает следующим образом.

Посредством переключателя 23 обеспечивается последовательное выполнение трех режимов работы устройства; режим датчика касания, режима датчике отклонения и режим двухточечного измерения.

С началом выполнения программного цикла измерения, предшествующего обработке, по сигналу от переключателя 23 устанавливается режим датчика касания. В этом режиме станок выполняет функции коордидвижной системе координат 01Хи, связанной с корпусом датчика.

Из положения Х1 датчик перемещается с замедленной подачей в положение Х2

25 (фиг.2б), а логический блок 22 периодически, с интервалом не более 0,01 с включает АЦП

21 и фиксирует начальное положение Х2 выходного сигнала. В течение времени измерения, меньшего 0,01 с, в АЦП 21 накап30 ливается число импульсов

Кот = пд тз Т2 >

40 где пд — множитель периода колебаний струны 2, устанавливаемый в АЦП 21 по сигналу от логического блока 22; fg — частота заполнения кварцевого генератора АЦП.21; Т2— период колебаний струны 2

Т2 = T20(1 К2(Хи-Хио)Т20 ) (2) где Т20 — период колебаний струны 2 в положении Х о измерительного наконечника; Хи — линейное положение конца наконечника

10 относительно корпуса 5 датчика; K2— конструктивный параметр, зависящий от расстояния конца наконечника 10 до оси шарнира 9, размеров рычага 8 и материала струны 2.

При касании детали t4 наконечник 10 (фиг.1) смещается относительно корпуса датчика в положение Хи 1 (фиг.2б), разность

Х, — Хио не равна нулю. Выходной сигнал

55 АЦП принимает значение N<>, отличное от . Мо, логический блок 22 (фиг.1) фиксирует изменение выходного сигнала АЦП 21 и подает сигнал с первого выхода на размыкание цепи между интерполятором 24 и исполнительным механизмом 26 привода натно-измерительной машины, результат измерения получают посредством отсчета координат системы ЧПУ.

АЦП 21 по сигналу от переключателя 23

5 переводится в режим измерения периода колебаний струны 2. На второй информационный вход АЦП 21 поступает сигнал с периодом, равным периоду колебаний струны

2. На выходе АЦП 21 получают цифровой

10 сигнал, пропорциональный периоду колебаний струны 2.

По программе с системы ЧПУ 26 суппорт 7 с датчиком перемещается с ускоренной подачей из положения Х0 в положение

15 Х1по координате Х неподвижной системы координат Хог, связанной со станиной станке (фиг.2а).

В положении Х1 измерительный наконечник 10 (фиг.1) датчика находится на рас20 стоянии 0,3-0,5 мм от поверхности детали (фиг.2а) и занимает положение Х» в по-.

1780930

ЛN»< — N»> — No (3) 15

25 (6) N = пд fl Т2, 30 ношением

45 (5) hN=VT

55 суппорта 7, останавливая датчик в положении Х .

После остановки в положении Х изменение Ь N»> выходного сигнала от АЦП 21 при касании наконечником детали

На выходе интерполятора 24 логическим блоком 22 фиксируется число Хр, определяющее перемещение Xz — Xo датчика иэ положения Х в положение Х .

Описанную выше методику выполнения измерений осуществляют сначала для образцовой детали-калибра, устанавливаемой в шпинделе вместо обрабатываемой детали, фиксируя в памяти логического блока значение Хо и Хг.

По отклонению разности X2 — Xp npu контроле обрабатываемого диаметра корректируется начальное положение суппорта с резцом, Величина коррекции К1 со своим знаком вводится в блок коррекции 25 и соответствует размеру статической настройки

К1 = (Х» — Xo)p — (X2 — Х )», (4) где индексы Д и К соответствуют установке в шпиндель станка измеряемой и образцовой детали.

В режиме датчика касания суммарная погрешность измерения зависит от погрешности ЛN»> срабатывания АЦП в момент касания; погрешность перемещения суппорта из положения Х в положение Xz, зависящей от погрешности дискретности (шага перемещения), кинематической погрешности механизма привода суппорта; погрешности базировки детали и калибра в шпинделе.

Погрешность измерения Л N, зависящая от h. N»> тем больше, чем больше скорость поперечной подачи суппорта и время накопления числа импульсов ЛN«в счетчике АЦП

В частности, при Т = 0,01 с и V = 0 5 мм/с, Ь. N = 5 мкм, что сравнимо с погрешностью дискретности перемещения суппорта.

Таким образом, в режиме датчика касания необходимым условием, предъявляемым к адаптивной системе, является высокое быстродействие средства измерений. Время одного измерения не должно превышать

0,01 с при скорости подачи 0,5 мм/c..

В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа высокое быстродействие обеспечивается измерением в режиме периода

АЦП, Для уменьшения влияния погрешности базировки датчик перемещения (фиг.26) из положения Xz в положение Хз, Определяя диаметр разности исключают влияние смещения детали в шпинделе на погрешность измерения внутреннего диаметра.

С целью повышения точности измерения путем исключения погрешности Ьд и погрешности дискретности перемещения суппорта иэ режима датчика касания устройство переключается в режим датчика отклонения.

Отличительной способностью этого режима определение измеряемого диаметра совместной разработкой, измерительной информации, поступающей по двум независимым каналам, с одной стороны от устройства координат системы ЧПУ, с другой

20 стороны от датчика с АЦП.

Для реализации режима датчика отклонения по сигналу от переключателя 23 АЦП устанавливается из режима частотно-цифрового преобразования период-код в режим преобразования отношения частот-код, используемый в прототипе.

В течение времени одного измерения в

АЦП 21 накапливается число импульсов где f> — частота колебаний струны 1, связанная с перемещением наконечника Хи соотfq = fop(1 + К1(Хи — Хио)/fop ) (7) Здесь f

— конструктивный коэффициент, зависящий от расстояния конца наконечника 10 до оси шарнира 9, размеров рычага 8 и материала струны 1.

Выборы параметров Т2о, f1o, К>, К2 обеспечивают диапазон измерения D отклонения размера детали в пределах поля допуска на обработку, а также допустимое отклонение градуировочной характеристики от линейной зависимости.

Для измерения внутреннего дйаметра в режиме отклонения суппорт с датчиком с замедленной подачей перемещают из положения Х в положение Х4 Координата Х4 зависит от положения нижней границы поля допуска на обрабатываемый размер в системе координат Х и диапазон измерения. В поло>кении Х4 отклонение наконечника Хи> в системе координат ОХ4 должно быть близким верхнему пределу измерения датчика для того, чтобы при чистой обработ1780930 ке приближения к верхней границе поля допуска не вызвало смещения наконечника за верхний предел измерения, Положению X j соответствует выходной сигнал N> АЦП, получаемой из выражения (6) при подстановке в него вместо f1 и Т2 соотношений (2) и (7).

Характеристика (6) соответствует дифференциальной схеме включения датчика, обеспечивающей измерение с долемикронной погрешностью, что исключает влияние дискретности перемещения суппорта на точность контроля. Перемещением суппорта в положение Хьи обработкой сигналов Х4, Xs, N1 и Nz, соответствующего положению наконечника X»z исключают составляющую погрешности от несоосности детали шпинделя.

После первого цикла измерения внутреннего диаметра осуществляют обработку, :введя коррекцию положения инструмента.

Последующие измерения по мере обработки детали не требуют использования замедленной подачи суппорта с датчиком.

Достаточно по программе переместить датчик с ускоренной подачей в положение Х4 и зафиксировать выходной сигнал средства измерений в новом поло>кении измерительного наконечника, Суммарное время измереггия будет определяться временем перемещения суппорта в положение Х4, временем получения сигнала N<, временем перемещения из положения Х4 в положение

Х5 и временем получения сигнала И2, сооТветствующим положению Хи2 измерительного наконечника (фиг.2в), Погрешность измерения будет включать составляющую от кинематической погрешности механизма перемещения суппорта и погрешности средства измерений (датчик и АЦП).

С целью исключения влияния кинематической погрешности и увеличения производительности измерительных операций переключателем 23 устанавливают режим двухточечного измерения.

С выхода 1 перекл ючателя 23 (фиг.1) сигнал управления поступает на вход 1 ALIR u изгленяет множителем периода пд, сохраняя режим измерения отношения частот.

Изменение пд необходимо для сохранения чувствительности средства . измерений, поскольку в режиме двухточечного измерения рабочая длина измерительного наконечника 10 уменьшается и определяется расстоянием от шара 11 до оси шарнира 9.

С выхода 2 переключателя 23 сигнал управления поступает на вход 1 логического блока 22, вырабатывающего импульсы уп15

25

55 тали снаружи, 5

50 равления поступают на исполнительный механизм 27. Суппорт 7 сначала перемещается в положение Хв, соответствующее положению шара 11 на оси шпинделя (фиг.2в), а затем в положение Х1 (фиг.2г).

В положении Х1 сферические торцы ползунов 12 прижимаются пружиной 15 к внутренней поверхности детали 14.

С выхода 3 логического блока 22 поступает сигнал управления на электромагниты

17, измерительный наконечник 10 перемещается вверх (фиг.2д) в полах<ение Х з, прижимая шар 11 к плоскому торцу верхнего ползуна 12.

АЦП 21 вырабатывает измерительный сигнал Кз, соответствующий положению Х з наконечника датчика.

Второй сигнал управления логического блока 22, поступающий на электромагниты

12, перемещает наконечник 10 вниз, прижимая шар 11 к плоскому торцу нижнего ползуна 12 (фиг,2е). АЦП 21 вырабатывает измерительный сигнал Nt, соответствующий поло>кению наконечника ХИ4, Результат измерения отклонения внутреннего диаметра от номинального значения определяется по разности Нз — И4 и известной градуировочной характеристики (6).

Суммарное время, затрачиваемое на измерение в этом режиме, уменьшается по сравнению с рех<имом датчика отклонения, поскольку суппорт перемещается по оси Х только в одно поло>кение Х1, вместо двух положений Х4, Х .

Точность измерения увеличивается, так как погрешность. вызванная смещением центра шара 11 с оси шпинделя,не влияет на разность Хиз — X 4, получаемой по значениям Кз, N4 выходного сигнала средства измерений.

При малых диаметрах, несколько больше их диаметра сферы на конце наконечника 10, измерение осуществляют эналогичным образом, перемещая наконечник

10 из верхнего положения в нижнее до касания конца наконечника 10 с внутренней поверхностью детали 14 при выведенных из отверстия детали сферических ползунах 12.

Для измерения наружных диаметров в режиме двухточечного измерения изменяют форму ползунов 12 согласно показанному пунктиром на фиг.2е, обеспечивая охват деТаким образом, изобретение повышает точность измерения размеров деталей при обработке резанием на токарных станках с числовым программным управлением, 1780930

Формула изобретения

Измерительная головка, содержащая установленный в корпусе дифференциальный датчик с измерительным наконечни. ком, отличающаяся тем; что с целью повышения точности измерений, головка снабжена установленной на корпусе соосно с наконечником обоймой с двумя электромагнитами, якорь которых расположен на наконечнике, втулкой, закрепленной на обойме, двумя ползунами, установленными напротив друг друга в выполненных во втул5 ке радиальных отверстиях с воэможностью контакта с измеряемой поверхностью, и шаром, расположенным на наконечнике между двумя ползунами.

1780930

Составитель IO. Скачко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С. Лисина

Редактор А. Харина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4238 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5