PL242089B1 - Sposób i układ regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych - Google Patents

Abstract

Sposób stosowany jest zwłaszcza w szlifierkach z automatycznym cyklem pracy. Polega on na tym, że automatycznie zadaje się i stabilizuje się w układzie sprzężenia zwrotnego na zadanych poziomach siłę normalną (Fcn) szlifowania w poszczególnych etapach cyklu szlifowania oraz automatycznie adaptuje się parametry regulatora (1) do rzeczywistej charakterystyki procesu szlifowania w czasie rzeczywistym. Układ regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych zawiera regulator (1), czujnik (2) siły normalnej (Fcn), identyfikator (3), moduł modelu (4) oraz moduł obliczeniowy (5). Wyjście regulatora (1) połączone jest z wejściem modułu modelu (4), identyfikatora (3) i napędu (6). Wejściem do napędu (6) przekazywany jest sygnał w postaci wartości prędkości posuwu wgłębnego (vf) ściernicy (7), zaś na wejście czujnika (2) podawany jest sygnał w postaci wartości siły normalnej (Fcn). Wyjście czujnika (2) połączone jest z pierwszym sumatorem (8), identyfikatorem (3) oraz drugim sumatorem (9). Ujemnym wejściem do pierwszego sumatora (8) podawany jest sygnał w postaci wartości siły normalnej (Fcn) oraz dodatnim wejściem sygnał wartości siły zadanej (wF). Wyjście pierwszego sumatora (8) połączone jest z regulatorem (1), zaś drugi sumator (9) jest połączony dodatnim wejściem z czujnikiem (2), a ujemnym wejściem z modułem modelu (4). Wyjście drugiego sumatora (9) połączone jest z identyfikatorem (3), a wyjście identyfikatora (3) połączone jest z modułem modelu (4), którego wyjście połączone jest z modułem obliczeniowym (5), natomiast wyjście modułu obliczeniowego (5) połączone jest z regulatorem (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych, stosowany zwłaszcza w szlifierkach z automatycznym cyklem pracy.

Z opisu patentowego PL 152842 A1 znany jest układ adaptacyjnego sterowania wielostopniowym cyklem procesu szlifowania wgłębnego powierzchni obrotowych, stosowany zwłaszcza w szlifierkach z automatycznym cyklem pracy, umożliwiającym utrzymanie na zadanym poziomie siły szlifowania lub posuwu roboczego w kolejnych etapach obróbkowych. Ten znany układ, będący przedmiotem wynalazku, składa się z czujnika pomiaru siły szlifowania, którego wyjście jest połączone z wejściem wzmacniacza pomiarowego sprzężonego elektrycznie z wejściem zespołu automatycznego zerowania oraz z wejściami komparatora siły progowej, komparatora dopuszczalnej siły skrawania, zespołu pamięci analogowej, wielopozycyjnego przełącznika i regulatora. Wejście komparatora siły progowej dołączone jest do wejścia zespołu przełączającego, a wyjście komparatora dopuszczalnej siły progowej - do układu sterowania obrabiarki, natomiast wyjścia: zespołu pamięci analogowej lub wzmacniacza pomiarowego sprzężone są poprzez wielopozycyjny przełącznik z wejściem woltomierza cyfrowego, a wejście regulatora jest połączone z wejściem generatora napędu dosuwu przyśpieszonego ściernicy oraz z przełącznikiem rodzaju pracy. Wejście regulatora jest również sprzężone z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, połączonym przez zespół przełączania parametrów obróbki zaś wyjście regulatora dołączone jest do przełącznika rodzaju pracy połączonego z przełącznikiem napięciowo-częstotliwościowym. Jego wyjście oraz wyjścia generatora napędu dosuwu przyśpieszonego ściernicy i generatora wycofania ściernicy dołączone są do kolejnych wejść zespołu przełączającego, którego wyjście jest dołączone do wejścia sterownia silnika krokowego napędu wrzeciennika ściernicy. Do kolejnych wejść zespołu przełączającego dołączone jest wyjście zespołu komparatorów cyfrowych oraz wyjście przekaźnika analogowego, połączonego z wyjściem wspomnianych komparatorów, do których podawane są sygnały zespołu ze wzmacniaczem, sprzężonym poprzez przełącznik z czujnikiem pomiaru przemieszczenia wrzeciennika ściernicy oraz z czujnikiem aktywnej kontroli wymiaru przedmiotu obrabianego. Z przedmiotem tym związany jest również czujnik pomiarowy, połączony ze wzmacniaczem pomiarowym, którego wyjście jest dołączone do wejścia zespołu sterującego uruchamianiem cyklu pracy obrabiarki.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku WO2017188239A1 znany jest system do obrabiarki i sposób wykrywania szorstkości powierzchni. Ten znany system zawiera urządzenie do oceny zanieczyszczenia cieczy chłodzącej, urządzenie podtrzymujące obrabiany przedmiot, ściernicę do obróbki przedmiotu, jednostkę wykrywającą obrabiany przedmiot oraz jednostkę obliczeniową, która wyodrębnia informacje o kształcie przedmiotu obrabianego oraz oblicza chropowatość jego powierzchni na podstawie wyniku wykrywania przedmiotu przez jednostkę wykrywającą.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku JP2015039755A znany jest sposób konfiguracji urządzenia do szlifowania, w którym w pierwszym etapie mierzy się położenie środków szlifierskich, gdy powierzchni szlifierska ściernicy styka się z powierzchnią trzymającą stołu trzymającego. W drugim etapie mierzone jest położenie środków szlifierskich, gdy powierzchnia szlifująca opiera się o górny koniec elementu podporowego. W kroku obliczania wartości korekty różnica pomiędzy dwoma pozycjami jest obliczana jako wartość korekty. W trzecim etapie pomiarowym, przeprowadzonym po etapie szlifowania, mierzone jest położenie środków szlifierskich, gdy powierzchni szlifowania oparta jest o górny koniec elementu podporowego. W kroku obliczania położenia odniesienia jest ono obliczane przez skorygowanie położenia o wartość korekcji.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku CN104180767A znane jest urządzenie do pomiaru zużycia szyny stalowej, które zawiera panel sterowania, panel zasilania, panel sterowania laserem i panel wideo. Panel zasilania służy do zapewnienia stabilnego napięcia prądu stałego dla głównego panelu sterowania, panelu sterowania laserem i panelu wideo. Panel sterowania laserem jest połączony elektrycznie z dwoma laserami dużej mocy, zaś panel wideo jest połączony elektrycznie z dwiema kamerami.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku JP2011045940A znany jest natomiast sposób szlifowania cylindrów oraz urządzenie do realizacji tego sposobu, w którym po zgrubnym oszlifowaniu obrabianego przedmiotu przez przesuwanie podstawy ściernicy z ustaloną prędkością mierzona jest okrągłość powierzchni szlifierskiej cylindra obrabianego. Dane korekcji kołowości przedmiotu obrabianego są obliczane na podstawie zmierzonych danych, a obliczone dane korekcji są konwertowane na liczbę impulsów korekcyjnych, która jest wartością instrukcji korekcji, która ma być wyprowadzona do generatora impulsów. Liczba impulsów korekcyjnych jest nakładana przez generator impulsów na wartość instrukcji sterującej wielkości posuwu wykańczającego podstawy ściernicy i wykonywane jest szlifowanie wykańczające przedmiotu obrabianego.

Znane dotychczas układy mają możliwość sterowania wielostopniowym cyklem szlifowania w sposób konwencjonalny, to jest ze znanymi wartościami posuwów lub stabilizowanymi wartościami sił szlifowania w poszczególnych etapach cyklu obróbkowego, jednak bez samoczynnego zadawania wartości tych sił i możliwości automatycznej adaptacji parametrów regulatora. Stosowanie stałego ustawienia regulatora nie pozwala na jego optymalne dopasowanie się do przebiegu szlifowania, co prowadzi do powstawania znacznych uchybów regulowanych wartości, a nawet do utraty stabilności obwodu regulacyjnego. Również z uwagi na stosowanie w produkcji różnych kombinacji materiałowych przedmiot obrabiany - ściernica, różnych sztywności układu przedmiot obrabiany - narzędzie, jak również z uwagi na zmiany warunków obciągania i właściwości skrawanych ściernicy, nie można przeprowadzić regulacji procesu szlifowania ze stałymi nastawami regulatora. Powoduje to konieczność stałego dopasowywania tych nastaw do nowych warunków obróbki.

Również w okresie trwałości ściernicy, w sposób istotny, zmienia się charakterystyka procesu szlifowania. Powoduje to, że regulator musi być dopasowywany do nowych warunków zmieniających się na skutek utraty właściwości skrawnych. To zadanie może spełnić jedynie samonastawny układ sterowania adaptacyjnego, który automatycznie dopasowuje parametry regulatora do zmieniającego się procesu szlifowania. Podłączony do układu regulacji mikroprocesor, na bazie znanego wcześniej zamodelowanego procesu dobiera parametry procesu szlifowania i doprowadza do syntezy procesu regulacji. Nie jest jednak możliwe dopasowywanie się systemu do przebiegającego procesu szlifowania.

W dotychczas stosowanych sposobach regulacji siły normalnej dokonuje się najczęściej poprzez zmianę wartości prędkości posuwu wgłębnego ściernicy, co przy regulacji siły normalnej na stałym poziomie powoduje występowanie zagrożenia nadążania drogi posuwu ściernicy za początkowymi błędami kształtu półwyrobu przeznaczonego do szlifowania, a co za tym idzie następuje kopiowanie błędów kształtu półwyrobów. Regulacja taka powoduje również konieczność opracowania całkowicie nowych parametrów nastawczych dla przebiegu procesu szlifowania, takich jak maksymalny poziom siły normalnej dla szlifowania zgrubnego i wykańczającego, maksymalny czas narastania i redukcji tej siły w poszczególnych etapach.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego sposobu i układu regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych, który w sposób automatyczny wprowadza wartości siły normalnej szlifowania i dopasowuje parametry regulatora do rzeczywistych charakterystyk procesu szlifowania.

Sposób regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych, w którym czujnikiem mierzona jest wartość ubytkowa naddatku obróbkowego, a następnie poprzez wrzeciennik przemieszczana jest ściernica, przy czym za pomocą czujnika mierzona jest wartość siły normalnej i jej wartość w postaci sygnału podawana jest na ujemne wejście pierwszego sumatora, do identyfikatora oraz na dodatnie wejście drugiego sumatora, zaś wejściem do drugiego sumatora wprowadzane są również dane z modułu modelu, a następnie wartość siły obliczeniowej z drugiego sumatora wprowadzana jest do identyfikatora, a wejściem do identyfikatora wprowadzana jest wartość posuwu wgłębnego ściernicy, przy czym w identyfikatorze porównywane są wartości siły obliczeniowej z wartością siły normalnej i uzyskane wyniki przekazywane są poprzez wyjście identyfikatora do wejścia modułu modelu w celu modyfikacji modelu procesu, a następnie z modułu modelu przekazywane są dane wejściem do modułu obliczeniowego, w którym przeprowadzane są obliczenie nastaw regulatora, zaś do regulatora przekazywane są wartości z pierwszego sumatora, w którym prowadzone jest porównanie mierzonej siły normalnej z wartością siły zadanej podawanej na dodatnie wejście pierwszego sumatora oraz dane uzyskane z modułu obliczeniowego, a następnie adaptowane są parametry regulatora do rzeczywistej charakterystyki procesu szlifowania i z regulatora podawane jest, na napęd, wartość prędkości posuwu wgłębnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że automatycznie zadaje się i stabilizuje się w układzie sprzężenia zwrotnego na zadanych poziomach siłę normalną szlifowania w poszczególnych etapach cyklu szlifowania oraz automatycznie adaptuje się parametry regulatora do rzeczywistej charakterystyki procesu szlifowania w czasie rzeczywistym.

Układ regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera regulator, czujnik siły normalnej, identyfikator, moduł modelu oraz moduł obliczeniowy, a ponadto wyjście regulatora połączone jest z wejściem modułu modelu, identyfikatora i napędu, przy czym wejściem do napędu przekazywany jest sygnał w postaci wartości prędkości posuwu wgłębnego ściernicy, zaś na wejście czujnika podawany jest sygnał w postaci wartości siły normalnej, natomiast wyjście czujnika połączone jest z pierwszym sumatorem, identyfikatorem oraz drugim sumatorem, przy czym wejściem do pierwszego sumatora podawany jest ujemny sygnał w postaci wartości siły normalnej oraz dodatni sygnał wartości siły zadanej, a ponadto wyjście pierwszego sumatora połączone jest z regulatorem, zaś drugi sumator jest połączony wejściem z czujnikiem i modułem modelu, a wyjście drugiego sumatora połączone jest z identyfikatorem, przy czym wyjście identyfikatora połączone jest z modułem modelu, a wyjście modułu modelu połączone jest z modułem obliczeniowym, natomiast wyjście modułu obliczeniowego połączone jest z regulatorem.

Zastosowanie sposobu i układu regulacji adaptacyjnej wielostopniowym cyklem szlifowania wgłębnego według wynalazku umożliwia samoczynne zadawanie i stabilizację na zadanych poziomach siły normalnej szlifowania w poszczególnych etapach oraz automatyczną adaptację parametrów regulatora do rzeczywistej charakterystyki procesu szlifowania w czasie rzeczywistym.

Dzięki zastosowaniu sposobu i układu według wynalazku możliwe jest nadzorowanie przebiegu procesu szlifowania i przetwarzania sygnałów pomiarowych mierzonych wielkości. Poza prostymi funkcjami nadzorowania procesu szlifowania, jak rozpoznanie momentu styku ściernicy z półwyrobem lub przerwanie przebiegu procesu po przekroczeniu maksymalnej siły szlifowania, można również pośrednio nadzorować jakość obrabianego przedmiotu i stan powierzchni czynnej ściernicy.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu regulacji adaptacyjnej procesu szlifowania wgłębnego.

Układ regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych, będący przedmiotem wynalazku, w przykładzie stosowania na fig. 1 składa się z regulatora 1 o charakterystyce proporcjonalno-całkującej, czujnika 2 pomiarowego siły normalnej Fcn, identyfikatora 3, modułu modelu 4 procesu oraz modułu obliczeniowego 5 nastaw regulatora 1. Wyjście regulatora 1 połączone jest z wejściem modułu modelu 4 wejściem identyfikatora 3 i wejściem napędu 6. Wejściem napędu 6 przekazywany jest sygnał w postaci wartości prędkości posuwu wgłębnego vf ściernicy 7. Na wejście czujnika 2, natomiast, podawany jest sygnał w postaci wartości siły normalnej Fcn. Wyjście czujnika 2 połączone jest z pierwszym sumatorem 8, identyfikatorem 3 oraz drugim sumatorem 9. Wejściem do pierwszego sumatora 8 podawany jest ujemny sygnał w postaci wartości siły normalnej Fcn oraz dodatni sygnał wartości siły zadanej wf, a ponadto wyjście pierwszego sumatora 8 połączone jest z regulatorem 1. Drugi sumator 9 jest połączony wejściem z czujnikiem 2 i modułem modelu 4, a wyjście drugiego sumatora 9 połączone jest z identyfikatorem 3. Wyjście identyfikatora 3 połączone jest z modułem modelu 4, a wyjście modułu modelu 4 połączone jest z modułem obliczeniowym 5, natomiast wyjście modułu obliczeniowego 5 połączone jest z regulatorem 1.

Sposób regulacji adaptacyjnej procesu szlifowania wgłębnego powierzchni obrotowych, będący przedmiotem wynalazku stosowany jest w szlifierkach z automatycznym cyklem pracy. Pierwsza sztuka przedmiotu 10 w serii szlifowana jest sposobem konwencjonalnym. Następne sztuki szlifowane są sposobem według wynalazku w ten sposób, że czujnikiem mierzy się wartość ubytku naddatku obróbkowego xn, a następnie poprzez wrzeciennik 11 przemieszcza się ściernicę 7. Za pomocą czujnika 2 mierzy się wartość siły normalnej Fcn i jej wartość w postaci sygnału podaje się na ujemne wejście pierwszego sumatora 8, do identyfikatora 3 oraz na dodatnie wejście drugiego sumatora 9, Wejściem do drugiego sumatora wprowadza się również dane z modułu modelu, a następnie wartość siły obliczeniowej z drugiego sumatora 9 wprowadza się do identyfikatora 3. Wejściem do identyfikatora 3 wprowadza się wartość posuwu wgłębnego vf ściernicy 7. W identyfikatorze 3 porównuje się wartości siły obliczeniowej z wartością siły normalnej Fcn i uzyskane wyniki przekazuje się poprzez wyjście identyfikatora 3 do wejścia modułu modelu 4 w celu modyfikacji modelu procesu. Następnie z modułu modelu 4 przekazuje się dane wejściem do modułu obliczeniowego 5, w którym przeprowadza się obliczenie nastaw regulatora 1. Do regulatora 1 przekazuje się wartości z pierwszego sumatora 8, w którym prowadzi się porównanie mierzonej siły normalnej Fcn z wartością siły zadanej wf podawanej na dodatnie wejście pierwszego sumatora 8 oraz dane uzyskane z modułu obliczeniowego 5. Następnie adaptuje się parametry regulatora 1 do rzeczywistej charakterystyki procesu szlifowania i z regulatora 1 podaje się, na napęd 6, wartość prędkości posuwu wgłębnego vf.

W sposobie według wynalazku automatycznie zadaje się i stabilizuje się w układzie sprzężenia zwrotnego na zadanych poziomach siły normalnej Fcn szlifowania w poszczególnych etapach cyklu szlifowania oraz automatycznie adaptuje się parametry regulatora 1 do rzeczywistej charakterystyki procesu szlifowania w czasie rzeczywistym. Przebieg procesu szlifowania zmienia się poprzez regulację siłą normalną Fcn, tak aby był on nieczuły na zakłócenia, a ponadto był dynamicznie szybki.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych, w którym czujnikiem mierzona jest wartość ubytkowa naddatku obróbkowego, a następnie poprzez wrzeciennik przemieszczana jest ściernica, przy czym za pomocą czujnika mierzona jest wartość siły normalnej i jej wartość w postaci sygnału podawana jest na ujemne wejście pierwszego sumatora, do identyfikatora oraz na dodatnie wejście drugiego sumatora, zaś wejściem do drugiego sumatora wprowadzane są również dane z modułu modelu, a następnie wartość siły obliczeniowej z drugiego sumatora wprowadzana jest do identyfikatora, a wejściem do identyfikatora wprowadzana jest wartość posuwu wgłębnego ściernicy, przy czym w identyfikatorze porównywane są wartości siły obliczeniowej z wartością siły normalnej i uzyskane wyniki przekazywane są poprzez wyjście identyfikatora do wejścia modułu modelu w celu modyfikacji modelu procesu, a następnie z modułu modelu przekazywane są dane wejściem do modułu obliczeniowego, w którym przeprowadzane są obliczenie nastaw regulatora, zaś do regulatora przekazywane są wartości z pierwszego sumatora, w którym prowadzone jest porównanie mierzonej siły normalnej z wartością siły zadanej podawanej na dodatnie wejście pierwszego sumatora oraz dane uzyskane z modułu obliczeniowego, a następnie adaptowane są parametry regulatora do rzeczywistej charakterystyki procesu szlifowania i z regulatora podawane jest, na napęd, wartość prędkości posuwu wgłębnego, znamienny tym, że automatycznie zadaje się i stabilizuje się w układzie sprzężenia zwrotnego na zadanych poziomach siłę normalną (Fcn) szlifowania w poszczególnych etapach cyklu szlifowania oraz automatycznie adaptuje się parametry regulatora (1) do rzeczywistej charakterystyki procesu szlifowania w czasie rzeczywistym.

2. Układ regulacji adaptacyjnej wielostopniowym procesem szlifowania wgłębnego walcowych powierzchni zewnętrznych, znamienny tym, że zawiera regulator (1), czujnik (2) siły normalnej (Fcn) identyfikator (3), moduł modelu (4) oraz moduł obliczeniowy (5), a ponadto wyjście regulatora (1) połączone jest z wejściem modułu modelu (4), identyfikatora (3) i napędu (6), przy czym wejściem do napędu (6) przekazywany jest sygnał w postaci wartości prędkości posuwu wgłębnego (vf) ściernicy (7), zaś na wejście czujnika (2) podawany jest sygnał w postaci wartości siły normalnej (Fcn), natomiast wyjście czujnika (2) połączone jest z pierwszym sumatorem (8), identyfikatorem (3) oraz drugim sumatorem (9), przy czym wejściem do pierwszego sumatora (8) podawany jest ujemny sygnał w postaci wartości siły normalnej (Fcn) oraz dodatni sygnał wartości siły zadanej (wf), a ponadto wyjście pierwszego sumatora (8) połączone jest z regulatorem (1), zaś drugi sumator (9) jest połączony wejściem z czujnikiem (2) i modułem modelu (4), a wejście drugiego sumatora (9) połączone jest z identyfikatorem (3), przy czym wyjście identyfikatora (3) połączone jest z modułem modelu (4), a wyjście modułu modelu (4) połączone jest z modułem obliczeniowym (5), natomiast wyjście modułu obliczeniowego (5) połączone jest z regulatorem (1).