Измерительная головка

(57) Использование: станкостроенйи, в системах" автоматйческогб"управленйя точностью обработки на многоинструмеентальных о ма- . станкахс ЧПУ; например токарйых, Сущность; используемый в измерительной голо.Неу- вке механизм эталонного перемещения всовокупности с микропроцессорной системой обеспечивает высокое быстродействие и автоматическии контроль точности и работоспособности измерительной головки. 1 ил,. Изобретение относится к станкостроению иможет быть использовано в системах автоматического управления точностью обработки на многоинструментальных станках с ЧПУ, например токарных,Известна измерительная головка, содержащая установленный в корпусе диффе-. ренциальный датчик со щупом.Недостатком известного устройства является ограниченная точность измерения из-за влияния как долгопериодных систематических погрешностей возникающих под действием изменения окружающей температуры, старения элементов и др., так и изза влияния случайной составляющей погрешности, вызванной трением в зоне контакта измерительного наконечника и объекта контроля, случайными помехами др. Отсутствие автоматической поверки датчика, без его демонтажа со станка не позво- ляет осуществить автоматическую ,коррекцию погрешности измерений,Целью изобретения является повышение точности измерений.Нэ чертеже приведена функциональная схема устройства. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1442370, кл, В 23 0 15/00, 1987.(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА Устройство содеркит измерительную головку 1; в корпусе 2 которой установлен дифференциальный датчик 3 перемещений струнного типа и механизм образцового перемещения мер 4.Дифференциальный датчик 3 перемещений состоит из двух струн 5, 6, размещен ных в поле постоянных магнитов 7 возбуждения колебаний струн 5, 6. Неподвижные концы струн 5, 6 закреплены накорпусе 8 датчика 3 и электрически подключаются ко входам автогенераторов 9, 10 колебаний струн. Подвижные концы струн 5, бзакреплены на корг(усе 8 датчика 3 и электрически подключаются ко входам автогенераторов 9, 10 колебаний струн. Подвижные концы струн 5, б закреплены на рычаге 11, установленном на упругом шарнире 12, На рычаге 11 закреплен сферический измерительный наконечник 13.Механизм 4. эталонного перемещения выполнен в виде полого цилиндра 14, штока 15, закрепленного на двух мембранах 16, 17.Между мембранами 16; 17 установлены обмотка электромагнита 18, сердечник 19 и упор 20 с пружиной 21, поджатой к тарелке 22, Сердечник 19 электромагнита 18 закреплен на штоке 15, снабженном с одной стороны прямоугольным наконечником 23, с другой стороны полярованной пятой 24, постоянно контактирующей со сФерическим наконечником 13 датчика 2. Мембраны 16, 17 укреплены в цилиндрическом корпусе 14 с помощью стаканов 25. Для ограничения движения штока 15 в строго определенных пределах, например 0,3 мм, в корпусе 14 установлены втулки 26. Выходы автогенератора 9; 10 соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя 27 (АЦП), предназначенйого для получения цифрового.сигнала, пропорционального отношениючастот колебаний струн 5, 6. Выход АЦП 27 соединен с первым входомлогического блока 28. Система ЧПУ 34 состоит из последовательно соединенных блока 33 коррекции и интерполятора 32, выход которого соединен со вторым входом логического блока 28, а пер: вый выход логического блока 28 соединен с третьим входом АЦП 27, Логический блок 28 содержит последовательйо соединенные блок 29 вычисления среднего значения, блок 30 вычисления корней системы линейных уравнений и блок 31 вычисления измерительной величины по градуировочной характеристике, Второй выход логического блока 28 соединен с обмоткой электромаг-, нита 18, третий выход - с исполнительным механизмом 35 привода резцедержателя 36, в котором закреплен режущий инструмент 37. Резцедержатель установлен в суп.порте (не показан). Блок 29 вычисления среднего значения, блок 30 вычисления корней систем линейных уравнений в блок 31 вычисления измеряемой величины по градуировочной характеристике выполнены набазе связанных между собой центральногопроцессора оперативного запоминающегоустройства(ОЗУ) и постоянного запоминающегоустройства (ПЗУ). ОЗУ и ПЗУ могут быть выполнены, например, на базе цифровых микросхем серии К 745. Центральный процессор содержит. последовательно соединенные арифметико-логические устройства; региСтр аккумулятора и регистр общего назначения, образующих сверхоперативйую память (СОП), В СОП,входит также последовательно соединенные регистр состояния, регистр.кода операции и регистр-счетчик команд, соединенный с ад-.ресным стеком,Алгоритм выполнения вычислительныхопераций в блоках 29, 30, 31 соответствуют формулам (1), (2), (3), (4) и (5) вычисления среднего значения, вычисления корней систем линейных уравнений и вычисления величины по градуировочной характеристике.Устройство работает следующим образом по следующйм режимам; Первый режим - автоматическая поверка дифференциального датчика перемещений. Для поверки датчика 3 логический блок 28 выдает сигнал перемещения в исходное положение штока 15 с сердечником 19 электромагнита 18. В корпусе 2 датчик 3 уста 10 новлен таким образом, чтобы его наконечник 13 касался с пятой 24 штока 15 в положении, соответствующем нижнему йределу измерений (исходное положение штока 15).15 АЦП 27 выдает сигнал У 1, соответствующий нижнему пределу изменения выходного сигнала датчика 3. Сигнал У 1 поступает в блок 29 вычисления среднего значения. Логический блок 28 снова выдает сигнал пере 20 мещенйя штока 15 в исходное положение,обеспечивая поступление от АЦП 27 ряд последовэтельных значений У 1 и получение ПУ 2 = - , У 21,. (2)и 1 - 1где У 2 Г - значение выходного сигнала при 40 каждом крайнем левом положении штока 15.45 Сигналы У 1 и У 2 поступают в блок 30 вычисления корней К 0 и Я системы линейных уравнений: йы Х 1=,Уз ю, (3) 802: - ЯфХ 2 = У 2 фгде 801 - начальное значение выходного 50 сигнала АЦП 27 при крайнем правом положении штока 15; 3 - чувствительность устройства; Х 1 - координаты исходного положения штока 15; Х 2 - координаты штока 15 в крайнем левом положении.Если принять исходное положение штока, соответствующее нулевому отклонению,55 т,е. Х 1 = О, то Х 2 = О, где О - диапазон перемещения штока 15 между упорами 26,. посредством блока 29 вычисления среднего , значения25 1 иУ 1 =. -Уй,(1)где и - числоусредняемыхзначений У 1 0 = =1п) выходного сигнала АЦП 27.30 Затем от логического блока 28 поступает и раз сигнал в обмотку электромагнита 18, обеспечивающий перемещение штока 15 с сердечником 19 влево до упора с левой упором 26(фиг.1), Это положение соответствует второй поверяемой точке характеристики датчика 3,Блок 29 вычиСлейия среднего значейиявыдаетсигналБлок 30 вычисления корней системы ли- поперечной подачи от номинального полонейных уравнений выдает значения 801 и 8. жения вершины инструмента до измерисоответствующие различным условиям ра- тельной плоскости наконечника 23,боты устройства при воздействии вибра- Перед началом выполнения программции, изменение температуры окружающей 5 ного цикла измерения размерного износасреды и времени. На этом режим поверки резца 37, логический блок 28 подает сигналзаканчивается и начинается цикл измере- . на обмотку электромагнита 18, чтобы шток.ния. В режиме измерения от АЦП 27 ц логи находился в свободном (исходном) полоческий блок 28 поступает ряд жении,последовательных значений выходного сиг На первый вход АЦП 27 поступает сигнала У, М,п. Блок 29 вычисления среднего . нал с частотой, равной частоте колебанийзначения выдает сигнал: :струны 5, а на второй вход АЦП 27 поступаети: .: , сигнал с частотой равной частоте колебанийУ = - Х % . (4), струны 6. На выходе АЦП 27 получает циф 15 РЬвой сигнал, пропорциональный. отношеСигнал У постУпает в блок 31 вычисле- нию частот колебаний струн. ЛогическийниЯ измеРЯемой величины х согласногРаДУ б Ок 28 периодически, с интерваЛом менее- . ировочной характеристике устройства,. 1 С, включает АЦП 27 и фиксирует начальноеХ 01, .(5) . значение йщ; выходного сигнала АЦП 27. В20 течение времени одного измерения в АЦПВ случае расхождения нуля Й 01 и чувс-: 27 накапливается число импульсов:вительности Я и действительной характеристики с нулем и чувствительностью:. ,Йыо=п 9(7)номинальнои характеристики логический где и - коэффициент деления частоты колеЯблок 28 осуществляет автоматичЕСкую кОР 25 баний струн 5, 6, устанавливаемый в АЦП 27;рекциюсистематическойсоставляющейпо-1, 2 - частоты колебаний струн 5, 6соответственно, зависящие отположенияДля уменьшения случайной составляю-: наконечника 13 относительно корпуса 8 датщей погрешности в и раз измерения пара-метров И 01 и 3 при поверке осуществляют и 30После завершения цикла обработки дераз, принймая за результат среднее из и тали резец 34 повторно перемещается позначений, Среднее из и значений вычисля- . командам системы ЦПУ в положение иэмеют посредством логического блока 28 ения износа Хрения износа ц.В РеэУльтате пЯтидесЯтикРатнОгоуправляющие импульсы пос пают изперемещения штока 15. как показал". 35 интерполятора 32 черезлогический блок 28экспериментальные исследования; сред- на исйолнительный мехайиэм 35 приводанеквадратические значение погрешности перемещения по координате Х. Прйкасании. перемещения не превышают 0,05 мкм резцом 37 наконечника 23 перемещаесяОтсутствие бокового смещения штока шток 15 налево, и приводйт к перемещению15 при его продольном смещении исключа наконечника 13 датчика 3, увеличиваетсяет износ контактирующих поверхностей.натяжение струйы 6 и уменьшается натяжеИспользуемыевизмеительнойголовкесо-.нйЕ СтРуны 5, что пРивоДит к изменению. совокупности с микропРоцесСорной техни- -емувыходного сигнала АЦП 27. ЛогичЕСкийкой входящихв состав логического блока 45 бло 28 фиксирует изменение выходногообеспечивают высокое быстродействие, ав. сигнала И 1 после остановки перемещениятоматический контроль РаботоспособноСти с ппо та в точке изме ения Хсуппорта в точке измерениядатчика, встроенного в устройстве:Размерный износ ЬцВторой режим - контроль размерйогоизноса режущего инструмента.50И, цц 1(8)определения величины размерного .ц " Ц 1износа резца 37 в программу работы станка ,включаютпрограммный цикл измерения изно-,. Последо атель е ц к обрабо кса резца 37 во время которого реэцедержатель полня ются до тех ор пока энос резца 336 с резцом 37 по ро рамме перемещаетсяна .меньше запрограмм рованного, как толькос резцом 7 по программе перемещается на 55размер Хи из исходной точки к наконечнику 23 55 его величина достигает максимального значения логический блок 28 выдает сигнал оХ = Х +05 О . - г 61необходимости смены резца 34.0+Мгде Хм 0 - номинальное перемещение, соот-Для уменьшения случаинои погрешноветствующее расстоянию в направлении стиотвариацииизмерения износа режуще1780929 Составитель Ю.СкачкРедактор М,Васильева Техред М.Моргентал ектор, О.Густи Подписноеям и открытйаб., 4/5 Зака 4237ИИПИ Тиражударственного ко113035, Мо итета по изобретени иям при ГКНТ СССРва, Ж. Раушская Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж од, ул,Гагарина, 1 го инструмента 34 осуществляют подачи на электромагнит 18 сигнала управления путем обеспечивающего подход измерительного наконечника 23 к поверхности резца со стороны больших значений выходного сигнала АЦП 27.По результатам экСпериментальных исследований погрешности измерительной головки вместе с АЦП не превышает 1 мкм в дйапазоне 300 мкм,Таким образом, предлагаемое устройство для управления точностью обработки в токарных станках с ЧПУ обладает следующими преимуществами. возможность автоматического контроля работоспособности датчйка без снятия его с рабочей позиции, автоматизация измерительных операций, необходимых при безлюдной технологии, повышение точности обработки-путем прогнозирования размерного износа и коррекции положения режущего инструмента. Устройство может быть применено в токар-.ных Станках с ЧПУ для измерения размеровдетали. 5 Формула изобретенияИзмерительная головка, содержащаяустановленный. в корпусе дифференциальный датчик с щупом, о т л.и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности изме рений, головка снабжена расположенным вкорпусе головки эталонным, механизмом, выполненным в виде полого цилиндра, што ка, установленного на двух мембранах внутри цилиндра, электромагнита, 15 расположенного между мембранами, сердечнйк которого размещен на штоке, измерительного наконечнйка, установленного на одном конце штока, и пяты, расположенной на другом конце штока с возможностью вза имодействия-с щупом дифференциальногодатчика.