Измерительная головка

(51)5 В 23 В 25/06 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) П ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ ройство содержит дифференциальный струнный преобразователь, закрепленный-на суппорте станка, аналого-цифровой преого ма-: образователь, логический блок, переключа. ТЕль режимов работы и систему ЧПУ с розова интерполятором и блоком коррекции полокения инструмента. Струнный преобразователь снабжен электромагнитами, устройством управления положением измерительного наконечника и сменной втулкой водст- с двумя ползунами, касающимися диаметловым рально расположенных точек измеряемой ть: уст- детали. 2 ил,битут электронн Чистов, Т.В етельство СССР0 15/00, 1987.НАЯ ГОЛОВКА: в гибких проибазе станков с чивлением, Сущнос Изобретение 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(21) 4876034/08(57) Использованиевенных модулях напрограммным упра 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. Неподвижные концы струн 1,2 закреплены на корпусе 4 датчика, закрепленном в кожухе 5. Кожух 5 установлен в гнезде держателя б, размещенном нэ суппорте 7 станка с ЧПУ.Подвижные концы струн 1,2 закреплены на рычаге 8, установленном на упругом шарнатно-измерительной машины, результат измерения получают посредством отсчета координат системы ЧПУ.АЦП 21 по сигналу от переключателя 23 5переводится в режим измерения периодаколебаний 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 Хо в положение 15 Х 1 по координате Х неподвижной системыкоординат Хо, связанной со станиной станке (фиг.2 а).В положении Х 1 измерительный наконечник 10 фиг.1) датчика находится на рас стоянии 0,3-0,5 мм от поверхности деталифиг.2 а) и занимает положение Хи, в по-. 30 Кот = пд тз Т 235 40(2) 4550 АЦП пРинимает значение МК 1, отличное от нире 9, выполненном в виде ленты, середина которого закреплена на рычаге 8, а концызажаты на корпусе 4. На рычаге 8 закрепленизмерительный наконечник 10 со сферическим концомНа наконечнике 10 закрепленшар 11, расположенный в зазоремеждудвумя ползунами 12 со сферическими торцамис одной стороны и плоскими торцами с другой стороны, обращенными к шару 11,Ползуны 12 подвижно установлены всменной втулке 13, К поверхности измеряемой детали 14 ползуны 12 прижимаются дугообразной пружиной 15. Втулка 13закреплена на обойме 16 с двумя электромагнитами 17, В зазоре между сердечниками электромагнитов 17 расположен якорь18, установленный на измерительный наконечнике 10.Струны 1,2 электрически подключеныко входам автогенераторов 19, 20 соответственно, выходы которых подключены к информационным входам 1,2 АЦП 21,предназначенного для получения цифрового сигнала, пропорционального отношениючастот струн 1,2 или периоду колебаний. струны 2.Первый вход управления АЦП 21 подключен к первому выходу переключателя 23режимов работы, второй вход управленияАЦП 21 подключен к второму выходу логического блока 22, предназначенного для выработки сигналов управления системой,зависящих от сигналов, поступающих отАЦП 21, переключателя 23 и интерполятора24. Выход АЦП 21 подключен ко второмувходу логического блока 22. Логическийблок выполнен на базе микропроцессорасерии К 580,Второй выход переключателя 23 соединенс первым входом логического блока 22,третий выход которого подключен к блокуэлектромагнитов и управляющему входу пе-.реключателя 23 режимов работы.Выход.интерполятора 24 системы ЧПУ26, содержащей блок коррекции 25, связанчерез третий вход и первый выход логического блока с исполнительным механизмом26 привода перемещения суппорта 7,Устройство работает следующим образом.Посредством переключателя 23 обеспечивается последовательное выполнениетрех режимов работы устройства; режимдатчика касания, режима датчике отклонения и режим двухточечного измерения. 5С началом выполнения программногоцикла измерения, предшествующего обработке, по сигналу от переключателя 23 устанавливается режим датчика касания. В этомрежиме станок выполняет функции коордидвижной системе координат 01 Хи, связанной с корпусом датчика.Из положения Х 1 датчик перемещается с замедленной подачей в положение Х 2(фиг.2 б), а логический блок 22 периодически, с интервалом не более 0,01 с включает АЦП 21 и фиксирует начальное положение Х 2 выходного сигнала. В течение времени измерения, меньшего 0,01 с, в АЦП 21 накапливается число импульсов Фгде пд - множитель периода колебаний струны 2, устанавливаемый в АЦП 21 по сигналу от логического блока 22; 1 з - частота заполнения кварцевого генератора АЦП.21; Т 2 - период колебаний струны 2Т 2 = Т 201-К 2(Хи-Хио)Т 20 ) где Т 20 - период колебаний струны 2 в положении Хио измерительного наконечника; Хи - линейное положение конца наконечника 10 относительно корпуса 5 датчика; К 2 - конструктивный параметр, зависящий от расстояния конца наконечника 10 до оси шарнира 9, размеров рычага 8 и материала струны 2.При касании детали 14 наконечник 10 фиг.1) смещается относительно корпуса датчика в положение Хик 1(фиг,2 б), разность Хи - Хио не равна нулю. Выходной сигнал Мо, логический блок 22 (фиг.1) фиксируизменение выходного сигнала АЦП 21 и подает сигнал с первого выхода на размыкание цепи между интерполятором 24 и исполнительным механизмом 26 привода1780930 20 стороны от датчика с АЦП,Для реализации режима датчика отклонения по сигналу от переключателя 23 АЦП 25(6) М = пд т 1 Т 2,30 ношением 35 40 К 1 - конструктивный коэффициент, зависящий от расстояния конца наконечника 10 до оси шарнира 9, размеров рычага 8 и матери 45(5) ЛМ=ЧТ В частности, при Т = 0,01 с и Ч = 0,5 мм/с, Ь, Й = 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. Вре мя одного измерения не должно превышать 0,01 с при скорости подачи 0,5 мм/сВ предлагаемом. устройстве в отличие от прототипа высокое быстродействие обеспе 50 суппорта 7, останавливая датчик в положении Х 2После остановки в положении Х 2 изменение А й 1 выходного сигнала от АЦП 21 при касании наконечником детали Л Кк 1 - Мк 1 - Ио (3) На выходе интерполятора 24 логическим блоком 22 фиксируется число Х 2, определяющее перемещение Х 2 - Хо датчика иэ положения Хо в положение Х 2.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 Х 2.По отклонению разности Х 2 - Хо при контроле обрабатываемого диаметра корректируется начальное положение суппорта с резцом, Величина коррекции К 1 со своим знаком вводится в блок коррекции 25 и соответствует размеру статической настройкиК 1 = (Х 2 - Х ) - (Х 2 - 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 ЬК 1 срабатывания АЦП в момент касания; погрешность перемещения суппорта из положения Хо о положение Х 2, зависящей от погрешности дискретности (шага перемещения), кинематической погрешности механизма привода суппорта; погрешности базировки детали и калибра в шпинделе,Погрешность измерения Л Й, зависящая от Л И 1 тем больше, чем больше скорость поперечной подачи суппорта и время накопления числа импульсов Ьйк 1 в счетчике АЦП чивается измерением о режиме периода АЦП, Для уменьшения влияния погрешности базировки датчик перемещения (фиг.2 б) из положения Х 2 в положение Хз, Определяя диаметр разности исключают влияние смещения детали в шпинделе на погрешностьизмерения внутреннего диаметра.С целью повышения точности измерения путем исключения погрешности Ьч и погрешности дискретности перемещениясуппорта иэ режима датчика касания устройство переключается в режим датчика отклонения.Отличительной способностью этого режима определение измеряемого диаметра совместной разработкой, измерительной информации, поступающей по двум незаоисимым каналам, с одной стороны от устройства координат системы ЧПУ, с другой 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 11 - частота колебаний струны 1, связанная с перемещением наконечника Хи соот 11 = 1101+ К 1(Хи - Хио)/110 Р (7) Здесь 11 п - начальная частота колебаний струны 1 при положении наконечника Хио; ала струны 1.Выборы параметров Т 20, т 1 о, К, К 2 обеспечивают диапазон измерения О 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 положенил Х 2 в положение Ха. Координата Х 4 зависит от положения нижней границы поля допуска на обрабатываемый размер в системе координат Ход и диапазон измерения. В положении Х 4 отклонение наконечника Хи 1 в системе координат ОХ 4 должно быть близким верхнему пределу измерения датчика для того, чтобы при чистой обработке приближения к верхней границе поля допуска не вызвало смещения наконечника за верхний предел измерения,Положению Хи 1 соответствует выходной сигнал К 1 АЦП, получаемой из выражения (6) при подстановке в него вместо т 1 и Т 2 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 Х 5 и обработкой сигналов Х 4, Х 5, М 1 и М 2, соответствующего положению НаКОНЕЧНИКа Хи 2 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 Х 4 и зафиксировать выходной сигнал средства измерений в новом полокении измерительного наконечника, Суммарное время измерег 1 ия будет определяться временем перемещения суппорта в положение Х 4, временем получения сигнала И 1, временем перемещения из положения Х 4 в положение Х 5 и временем получения сигнала И 2, соответствующим положению Хи 2 измерительного наконечника (фиг.2 в),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 переключателя 23(фиг.1) сигнал управления поступает на вход 1 АЦП и 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 угленьшается 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 уп 55 тали снаружи,Таким образом, изобретение повышаетточность измерения размеров деталей при обработке резанием на токарных станках с числовым программным управлением,5 101520253045 50 равления поступают на исполнительный механизм 27. Суппорт 7 сначала перемещается в положение Хв, соответствующее положению шара 11 на оси шпинделя (фиг.2 в), а затем в положение Х 1 (фиг.2 г).В положении Х 1 сферические торцы ползунов 12 прижимаются пружиной 15 к внутренней поверхности детали 14.С выхода 3 логического блока 22 поступает сигнал управления на электромагниты17, измерительный наконечник 10 перемещается вверх(фиг.2 д) в полахение Хиз, прижимая шар 11 к плоскому торцу верхнего ползуна 12.АЦП 21 вырабатывает измерительныйсигнал Кз, соответствующий положению Хизнаконечника датчика.Второй сигнал управления логическогоблока 22, поступающий на электромагниты12, перемещает наконечник 10 вниз, прижимая шар 11 к плоскому торцу нижнего ползуна 12 (фиг,2 е). АЦП 21 вырабатывает измерительный сигнал К 1, соответствующий полокению наконечника Хи 4.Результат измерения отклонения внутреннего диаметра от номинального значения определяется по разности Нз - ггпу и известной градуировочной характеристики (6).Суммарное время, затрачиваемое на измерение в этом режиме, уменьшается по сравнению с рехимом датчика отклонения, поскольку суппорт перемещается по оси Х только в одно положение Х 1, вместо двух положений Х 4, Х 5.Точность измерения увеличивается, так как погрешность. вызванная смещением центра шара 11 с оси шпинделя,не влияет на разность Хиз - Х,4, получаемой по значениям Кз, М 4 выходного сигнала средства измерений.При малых диаметрах, несколько больше их диаметра сферы на конце наконечника 10, измерение осуществляют аналогичным 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,2 е, обеспечивая охват деФормула изобретения Измерительная головка, содержащая установленный в корпусе дифференциальный датчик с измерительным наконечни. ком, о т л и ч а ю щ а я с я 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 втул ке радиальных отверстиях с воэможностьюконтакта с измеряемой поверхностью, и шаром, расположенным на наконечнике между двумя ползунами.водствен аз 4 ВНИ Тираж ПодписноеИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГК 113035, Москва, Ж; Раушская наб., 4/5 ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина