RU2009764C1 - Method of automatic orientation of actuating member of numerically controlled machine - Google Patents
Method of automatic orientation of actuating member of numerically controlled machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2009764C1 RU2009764C1 SU4485167A RU2009764C1 RU 2009764 C1 RU2009764 C1 RU 2009764C1 SU 4485167 A SU4485167 A SU 4485167A RU 2009764 C1 RU2009764 C1 RU 2009764C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- actuating member
- axis
- machine
- measurements
- point
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматических бесконтактных настройки, поднастройки, измерения, оценки состояния исполнительных органов (ИО) и точности их положения (ориентации) в пространстве в металлорежущих станках, роботах, контрольно-измерительных, транспортно-складкских, строительных, сборочных, дорожных и в других машинах и устройствах с системой числового программного управления (СЧПУ). The invention relates to a control and measuring technique and can be used for automatic non-contact settings, adjustments, measurements, assessing the state of executive bodies (IO) and the accuracy of their position (orientation) in space in metal-cutting machines, robots, control, transport and folding, building, assembly, road and other machines and devices with a system of numerical program control (CNC).
Известен способ ориентации в пространстве и измерения невращающегося исполнительного органа машин с ЧПУ, заключающийся в перемещении исполнительного органа под управлением СЧПУ по заранее выбранной с учетом предварительной оценки его размеров ломаной траектории из произвольной, но привязанной к системе координат СЧПУ машины точки (исходной) последовательно по каждой из координатных осей, относительно которых производится ориентация исполнительного органа, в определенную точку пространства, в которой расположен многокоординатный индикатор контакта, и включающий в себя при ориентации и измерении исполнительного органа по каждой из координатных осей операции соприкосновения вершины невращающегося исполнительного органа (его крайней) точки по данной координате) с индикатором контакта; формирования сигнала, фиксирующего этот момент, и передача его в СЧПУ машины (в целях повышения определения положения вершины исполнительного органа в пространстве перечисленные операции могут выполняться многократно на последовательно уменьшаемых скоростях); выдача из СЧПУ команды на останов исполнительного органа и ее реализация; фиксация в памяти СЧПУ координаты вершины исполнительного органа, оценка СЧПУ пути, пройденного вершиной исполнительного органа из исходной точки до соприкосновения с индикатором контакта; сравнение его с помощью СЧПУ с заданным или исходным значением, полученным ранее, оценка размера исполнительного органа и его изменения по сравнению с предшествующим измерением; принятие решения о возможности использования исполнительного органа, исходя из его состояния; изменение, в случае необходимости, заданных в управляющей программе значении перемещений исполнительного органа по данной координате; переход к ориентации в пространстве и измерению исполнительного органа по следующей координатной оси или завершение цикла измерений. There is a method of orientation in space and measurement of a non-rotating executive body of CNC machines, which consists in moving the executive body under control of the control system according to a pre-selected one taking into account a preliminary estimate of its size of a broken path from an arbitrary point, but attached to the coordinate system of the control system of the machine, sequentially for each from the coordinate axes relative to which the executive body is oriented to a specific point in space in which the multi-axis and contact indicator, which includes, when orienting and measuring the executive body on each of the coordinate axes, the operation of touching the top of a non-rotating executive body (its extreme) point along this coordinate) with the contact indicator; the formation of a signal fixing this moment, and its transmission to the control system of the machine (in order to increase the determination of the position of the vertex of the executive body in space, the above operations can be performed repeatedly at successively reduced speeds); issuing from the control system command to stop the executive body and its implementation; fixing in the control system memory the coordinates of the top of the executive body, evaluating the control system of the path traveled by the top of the executive body from the starting point to contact with the contact indicator; comparing it with the help of a control system with a predetermined or initial value obtained earlier, an estimate of the size of the executive body and its changes compared to the previous measurement; making decisions on the possibility of using the executive body, based on its condition; changing, if necessary, the value of movements of the executive body specified in the control program in this coordinate; transition to orientation in space and measurement of the executive body along the next coordinate axis or completion of the measurement cycle.
Недостатками способа являются его невысокие точность, производительность, надежность, большая трудоемкость подготовки и его реализации. The disadvantages of the method are its low accuracy, performance, reliability, the high complexity of the preparation and its implementation.
Известен способ автоматического позиционирования базовых поверхностей изделия относительно оси шпинделя станка с ЧПУ, позволяющий автоматизировать процесс определения координат базовых поверхностей изделия относительно оси шпинделя станка. A known method for automatically positioning the base surfaces of the product relative to the axis of the spindle of the CNC machine, which automates the process of determining the coordinates of the base surfaces of the product relative to the axis of the spindle of the machine.
Недостатками способа являются ограниченность области применения, достаточно высокая трудоемкость, невозможность ориентации стола в плоскости, параллельной оси шпинделя, измерений размеров деталей. The disadvantages of the method are the limited scope, the rather high complexity, the inability to orient the table in a plane parallel to the axis of the spindle, measuring the dimensions of the parts.
Известен способ автоматического управления процессом установки координат исполнительного органа станка с ЧПУ. A known method of automatic control of the process of setting the coordinates of the executive body of a CNC machine.
Недостатками способа являются ограниченность области применения, достаточно высокая трудоемкость позиционирования исполнительного органа, сложность реализации процесса установки координат ИО, невозможность измерить размеры ИО. The disadvantages of the method are the limited scope, the rather high complexity of the positioning of the executive body, the complexity of the process of setting the coordinates of the IO, the inability to measure the size of the IO.
Известны способы для контроля износа режущего инструмента на станках с ЧПУ, содержащие измерительную головку, устанавливаемую на станке. Резец с эталонной светоотражающей площадкой периодически входит в соприкосновение с головкой, при этом через световоды на площадку подается луч света, а фотодиоды оценивают интенсивность отраженного луча. По мере износа инструмента расстояние между отражающей площадкой и фотодиодами меняется, интенсивность отраженного луча также меняется, что позволяет оценить износ инструмента по одной координатной оси. Known methods for controlling the wear of a cutting tool on CNC machines, containing a measuring head mounted on the machine. A cutter with a reference reflective area periodically comes into contact with the head, while a light beam is fed through the light guides to the area, and the photodiodes evaluate the intensity of the reflected beam. As the tool wears out, the distance between the reflecting pad and the photodiodes changes, the intensity of the reflected beam also changes, which makes it possible to estimate the tool wear along one coordinate axis.
Недостатками устройств являются достаточно высокая трудоемкость измерений, ограниченность возможностей по размерам, форме инструмента, количеству координат, по которым можно производить ориентацию инструмента в пространстве, по области применения, вероятность снижения точности из-за загрязнения и механических повреждений элементов головки и отражающей площадки, т. е. невысокая надежность. The disadvantages of the devices are the rather high laboriousness of measurements, the limited possibilities in terms of size, shape of the tool, the number of coordinates by which the tool can be oriented in space, in the field of application, the likelihood of a decrease in accuracy due to contamination and mechanical damage to the elements of the head and reflective area, etc. e. low reliability.
Прототипом предлагаемого способа является способ и устройство для замера инструмента на металлообрабатывающем станке [1] . Способ замера инструмента, закрепленного в шпинделе металлобрабатывающего станка, заключается в том, что поперечную подачу инструмента производят с использованием лазерного излучения и в момент прерывания или холостого хода луча замеряют положение инструментального суппорта. Контроль производят, в частности, с целью замера и сравнения инструмента перед и после осуществления рабочего процесса. The prototype of the proposed method is a method and apparatus for measuring a tool on a metalworking machine [1]. A method of measuring a tool mounted in a spindle of a metalworking machine is that the transverse feed of the tool is performed using laser radiation and, at the moment of interruption or idling of the beam, the position of the tool support is measured. The control is carried out, in particular, with the aim of measuring and comparing the tool before and after the implementation of the work process.
Недостатками способа является то, что измерения без предварительных измерений и ориентаций можно производить только вдоль одной координатной оси для ИО простой формы, например плоской, так как отсутствует автоматическая ориентация ИО относительно луча лазера. The disadvantages of the method is that measurements without preliminary measurements and orientations can be performed only along one coordinate axis for a simple optical form, for example, a planar one, since there is no automatic orientation of the emitter relative to the laser beam.
Целями изобретения являются повышение точности и производительности процессов автоматических измерений и ориентации в пространстве исполнительного органа машины с ЧПУ, расширение функциональных возможностей этих процессов. The objectives of the invention are to increase the accuracy and productivity of automatic measurement processes and orientation in the space of the executive body of a CNC machine, expanding the functionality of these processes.
Это достигается тем, что ориентацию в пространстве и измерение исполнительного органа машин с ЧПУ осуществляют путем определения положения в пространстве вершины исполнительного органа последовательно по каждой из координатных осей, по которым производят ориентацию и измерения, с последующей автоматической корректировкой в случае необходимости с помощью СЧПУ машины с учетом полученных результатов, программы управления исполнительного органа с использованием измеpительной системы, образованной комплексом источников и приемников направленного излучения, управляемой от СЧПУ машины и скоординированной относительно нее в пространстве, для чего используется бесконтактный метод при перемещении под управлением СЧПУ машины исполнительного органа, имеющего произвольные, неизвестные до начала измерений форму и размеры из любой, но скоординированной относительно СЧПУ точки пространства, параллельно координатной оси, перпендикулярной пучку излучения по кратчайшему пути до пересечения вершины исполнительного органа в начале измерений с плоским пучком излучения, расположенным в одной плоскости с другими пучками излучения измерительной системы или параллельным им, с последующими фиксацией момента пересечения СЧПУ машины по сигналу от приемника излучения, на который направлен плоский пучок излучения, оценкой СЧПУ машины пути, пройденного исполнительным органом из исходной точки измерений до данного момента, а также размера, состояния исполнительного органа и положения его вершины в исходном перед измерением положении по данной координатной оси, повторением указанных операций под управлением СЧПУ машины для ориентации и измерений исполнительного органа по остальным координатным осям. This is achieved by the fact that the spatial orientation and measurement of the executive body of CNC machines is carried out by determining the position in space of the vertex of the executive body sequentially for each of the coordinate axes along which the orientation and measurements are made, followed by automatic correction if necessary using the control system of the machine with taking into account the results obtained, the management program of the executive body using a measuring system formed by a complex of sources and receivers directional radiation controlled from the control system of the machine and coordinated with respect to it in space, for which the non-contact method is used when moving under control of the control system of the machine an executive body that has arbitrary shape and dimensions unknown from the beginning of measurement from any point in space parallel to the coordinate relative to the control system axis perpendicular to the radiation beam along the shortest path to the intersection of the top of the executive body at the beginning of measurements with a flat radiation beam, position married in the same plane with other beams of radiation of the measuring system or parallel to them, with subsequent fixation of the moment of crossing the control system of the machine by the signal from the radiation receiver, to which the flat beam of radiation is directed, by assessing the control system of the machine of the path traveled by the executive body from the starting point of measurement to this point as well as the size, condition of the executive body and the position of its vertex in the initial position before measuring the position on a given coordinate axis, by repeating these operations under the control of the control system ins for orientation and executive measurements on the remaining coordinate axes.
На фиг. 1 приведена функциональная схема реализации предлагаемого способа для случая измерения и ориентации невращающегося исполнительного органа (ИО) машины с ЧПУ по одной координатной оси; на фиг. 4-8 - применение способа. In FIG. 1 is a functional diagram of the implementation of the proposed method for the case of measurement and orientation of a non-rotating executive body (IO) of a CNC machine along one coordinate axis; in FIG. 4-8 - application of the method.
Используется пучок излучения, направленный от источника излучения 1 на приемник 2 перпендикулярно данной координатной оси и расположенный на известном расстоянии от начала координат машины с ЧПУ. Вершина ИО должна находиться в одной плоскости с пучком излучения, что обеспечивает их пересечение при перемещении ИО перпендикулярно пучку. A radiation beam is used, directed from the
При перемещении ИО, положение оси которого относительно начала координат машины с ЧПУ известно, перпендикулярно пучку излучения (параллельно оси Х) вершина ИО пересечет пучок излучения. В зависимости от необходимой точности измерений возможны два метода фиксации выхода вершины ИО в определенную точку пространства при его встрече с пучком излучения: по сигналу от приемника излучения при полном перекрытии пучка излучения вершиной ИО; по сигналу от приемника излучения при уменьшении интенсивности излучения ниже порогового значения при частичном перекрытии пучка излучения вершиной ИО. When moving the IO, whose axis position relative to the coordinate origin of the CNC machine is known, perpendicular to the radiation beam (parallel to the X axis), the top of the IO will intersect the radiation beam. Depending on the required measurement accuracy, two methods are possible for fixing the exit of the AIS vertex to a certain point in space when it encounters a radiation beam: by a signal from a radiation receiver when the radiation beam is completely blocked by the AIS apex; by a signal from the radiation receiver when the radiation intensity decreases below a threshold value when the radiation beam is partially blocked by the tip of the IR.
Второй метод обладает более высокими точностными возможностями. The second method has higher accuracy capabilities.
Возникший на приемнике 2 электросигнал через усилитель 4 поступает в блок 5 входных сигналов СЧПУ. Центральный процессор (ЦП) 6 обнаруживает поступивший сигнал и дает команду блоку 7 управления приводами на прекращение движения ИО вдоль данной координатной оси от привода 8. После останова ИО ЦП 6 производит расчеты пути, пройденного ИО до встречи его вершины с пучком излучения, расстояния от оси ИО до его вершины или характерной точки (методика такого расчета показана ниже и поясняется фиг. 2 и 3), сравнивает полученные результаты с допустимыми, хранящимися в блоке 9 памяти системы ЧПУ (СЧПУ), и вносит при необходимости коррективы в программу дальнейшей работы машины с ЧПУ. The electrical signal arising at the
Затем в соответствии с программой измерений ЦП 6 через блок 10 выходных сигналов дает команду на выключение источников излучения, если цикл измерений закончен, или на переход к измерениям по другим координатным осям. Then, in accordance with the measurement program, the
Команду на запуск цикла измерений может давать оператор с дисплейного пульта 11, на который выводится затем информация о результатах измерений, или ЦП 6 автоматически, после выполнения машиной определенного числа рабочих циклов. Блоки 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 входят в СЧПУ 12 машины. The command to start the measurement cycle can be given by the operator from the
На фиг. 2 и 3 показаны схемы измерения расстояния от оси или заданной точки до вершины невращающегося ИО (фиг. 2) и радиуса вращающегося ИО (фиг. 3) вдоль одной координатной оси (Х) при использовании данного способа. In FIG. 2 and 3 show diagrams of measuring the distance from an axis or a given point to the top of a non-rotating IO (Fig. 2) and the radius of a rotating IO (Fig. 3) along one coordinate axis (X) using this method.
При перемещении ИО до встречи его вершины или другой характерной точки с пучком излучения его ось проходит путь L2 из произвольной точки О1 с известными координатами в точку О2. ЦП 6 (фиг. 1) определяет этот путь и расстояние L1 от точки О1 до пучка излучения, определенным образом расположенного в системе координат машины с ЧПУ. Искомый размер L3 (фиг. 2) или R (фиг. 2) ИО ЦП находит как разность значений L1 и L2.When the IE moves until its peak or other characteristic point meets the radiation beam, its axis passes the path L 2 from an arbitrary point O 1 with known coordinates to the point O 2 . The CPU 6 (Fig. 1) determines this path and the distance L 1 from the point O 1 to the radiation beam in a certain way located in the coordinate system of the CNC machine. The desired size L 3 (Fig. 2) or R (Fig. 2) the CPU IO finds as the difference between the values of L 1 and L 2 .
Рассмотрим пример измерений и ориентации в пространстве по трем координатным осям невращающегося ИО. Такая задача может возникнуть при настройке и поднастройке некоторых токарных станков, роботов, контрольно-измерительных машин и других машин с ЧПУ. Consider an example of measurements and orientation in space along the three coordinate axes of a non-rotating IO. Such a task may arise when setting up and adjusting some lathes, robots, instrumentation and other CNC machines.
В качестве источника узконаправленного излучения могут использоваться лазер (например, гелий-неоновый лазер мод. ЛГН-108 и др. ), другие источники светового излучения в видимой или инфракрасной части спектра, источники электромагнитного (например, радиоволн), рентгеновского, ультразвукового, радиоактивного и других видов направленного излучения. Приемником излучения, если в качестве излучателя используется лазер, могут служить фотодиоды (например, SP-103, ФД-141К и др. ), линейки фотодиодов (ПЗС-матрицы). Последние могут применяться для плоских лучей шириной более 15 мм. В такой линейке все фотодиоды должны работать самостоятельно, независимо друг от друга реагировать на изменение интенсивности луча, падающего на каждый из них. При ширине луча до 15 мм (это характерно для металлорежущих станков, роботов, контрольно-измерительных и других точных машин с ЧПУ) может использоваться фотодиод с соответствующим диаметром фотоприемной поверхности (например, ФД-141К имеет диаметр фотоприемной поверхности 14 мм) и быстродействием в десятки НС (быстродействие ФД-141К - 50 НС). В зависимости от вида излучения могут применяться также приемники электромагнитного, ультразвукового, инфракрасного, рентгеновского, радиоактивного и других видов излучения. A laser (for example, a helium-neon laser mod. LGN-108, etc.), other light sources in the visible or infrared part of the spectrum, sources of electromagnetic (for example, radio waves), x-ray, ultrasound, and other types of directional radiation. If the laser is used as the emitter, photodiodes (for example, SP-103, FD-141K, etc.), a line of photodiodes (CCD arrays) can serve as a radiation receiver. The latter can be used for flat beams with a width of more than 15 mm. In this line, all photodiodes must work independently, independently of each other, respond to changes in the intensity of the beam incident on each of them. With a beam width of up to 15 mm (this is typical for metal-cutting machines, robots, control and other precision CNC machines), a photodiode with the corresponding diameter of the photodetector surface (for example, FD-141K has a photodetector surface diameter of 14 mm) and a speed of tens of NS (speed FD-141K - 50 NS). Depending on the type of radiation, electromagnetic, ultrasonic, infrared, X-ray, radioactive and other types of radiation can also be used.
Для измерений и ориентации ИО по каждой координатной оси используется один пучок излучения, перпендикулярный данной координатной оси и расположенный на определенном расстоянии от начала координат машины с ЧПУ. Каждый пучок излучения направлен на соответствующий приемник. For measuring and orienting the IO along each coordinate axis, one beam of radiation is used, perpendicular to this coordinate axis and located at a certain distance from the coordinate origin of the CNC machine. Each beam of radiation is directed to a respective receiver.
Методика решения поставленной задачи для специального токарного станка с ЧПУ при использовании данного способа показана на фиг. 4. В качестве источников и приемников излучения здесь приняты соответственно лазеры 1 и фотодиоды 2. Для обеспечения встречи вершины резца со всеми лучами последние лежат в одной плоскости, в которой перемещается вершина резца после его измерений и ориентации по оси Z. Для повышения точности измерений эта плоскость принята параллельной плоскости XOY системы координат станка, в которой производятся основные перемещения резца при работе станка. The methodology for solving the problem for a special CNC lathe using this method is shown in FIG. 4. Here,
Для вывода ИО (резца 3) в плоскость измерений используется широкий сплошной плоский луч (световая плоскость) шириной 5 . . . 10 мм, достаточной для компенсации погрешности изготовления и установки резца 3 по оси Y. Такой луч получают с помощью расширителя 4 лазерного пучка. В качестве такого расширителя могут использоваться цилиндрическая линза или пентапризма. To output the EUT (cutter 3) into the measurement plane, a wide, solid, flat beam (light plane) of
Плоский луч может быть направлен на фотодиод 2 соответствующего размера (фиг. 4) или на линейку фотодиодов 5 (фиг. 5) в качестве которой может использоваться ПЗС-матрица, или на оптический элемент 6 (фиг. 6), который вновь превращает плоский луч в цилиндрический и направляет его далее на фотодиод 2. В качестве такого элемента могут быть использованы обратные цилиндрическая линза или пентапризма. A flat beam can be directed to a
Измерения выполняются по специальной программе, реализуемой СЧПУ станка. Measurements are performed according to a special program implemented by the control system of the machine.
Включаются лазеры 1 и фотодиоды 2. Резец 3 перемещается из исходного положения с известными координатами вдоль оси Y на определенное расстояние, примерно до середины плоского луча. При этом вершина резца Д оказывается в точке А с неизвестными координатами, так как измерений резца до его установки на станок не производилось и положение вершины Д по осям координат в начале измерений неизвестно. Затем резец перемещается вдоль оси Z до пересечения его вершины с плоским лазерным лучом в точке В.
По сигналу от фотодиода, действующего самостоятельно или в линейке фотодиодов, на который падал луч, перекрытый вершиной резца, прекращается движение резца вдоль оси Z. By a signal from a photodiode acting independently or in a line of photodiodes onto which a beam blocked by the tip of the cutter fell, the movement of the cutter along the Z axis ceases.
По методикам, описанным выше, СЧПУ оценивает вылет резца по оси Z, сравнивает его с номинальным, принимает решение о возможности использования резца по данному параметру, вносит в случае необходимости изменения в массив коррекции на вылет резца по оси Z. Если СЧПУ принимает решение о возможности использования резца с учетом его вылета по оси Z, измерения продолжаются. According to the methods described above, the control evaluates the cutter exit along the Z axis, compares it with the nominal one, makes a decision about the possibility of using the cutter according to this parameter, makes changes to the correction array for the cutter offset along the Z axis if necessary. If the control decides whether use of the cutter, taking into account its departure along the Z axis, measurements continue.
Резец перемещается под управлением СЧПУ вдоль оси X до пересечения его вершины в точке С с лучом, перпендикулярным оси Х системы координат станка. The cutter moves under the control of the control system along the X axis until the intersection of its vertex at point C with a beam perpendicular to the X axis of the machine coordinate system.
Соответствующий фотодиод, на который был направлен пересеченный луч, улавливает этот момент, подает сигнал в СЧПУ станка и та прекращает перемещение резца в этом направлении. СЧПУ станка выполняет действия, применительно к вылету резца по оси Х. Резец перемещается под управлением СЧПУ вдоль оси Y до встречи в точке О с лучом лазера, перпендикулярным оси Y. The corresponding photodiode to which the crossed beam was directed captures this moment, sends a signal to the control system of the machine, and it stops the movement of the cutter in this direction. The control system of the machine performs actions in relation to the departure of the cutter along the X axis. The cutter moves under the control of the control along the Y axis until it meets a laser beam at point O perpendicular to the Y axis.
СЧПУ станка по сигналу от фотодиода, на который был направлен пересеченный луч, выполняет действия применительно к вылету резца по оси Y. According to the signal from the photodiode, on which the crossed beam was directed, the control system of the machine performs actions in relation to the departure of the cutter along the Y axis.
Если резец годен к употреблению, то рабочий цикл может начинаться либо из той точки (O), в которую вершина резца пришла в конце цикла измерений, либо на любой другой точки, так как теперь координаты вершины резца и ее вылет известны по всем координатным осям и хранятся в СЧПУ станка. If the tool is suitable for use, then the working cycle can begin either from the point (O) at which the tool tip arrived at the end of the measurement cycle, or at any other point, since now the coordinates of the tool tip and its reach are known from all coordinate axes and stored in the control system of the machine.
Включение и выключение элементов измерительной системы СЧПУ станка может производить и последовательно, по мере выполнения измерений по той или иной координатной оси. Turning on and off the elements of the measuring system of the control system of the machine can also be performed sequentially, as measurements are taken along one or another coordinate axis.
Рассмотрим пример измерений и ориентации в пространстве невращающегося исполнительного органа машины с ЧПУ по двум координатным осям. Consider an example of measurements and orientation in space of a non-rotating executive body of a CNC machine along two coordinate axes.
Такая задача возникает, например, при настройке и поднастройке различных резцов и некоторых других инструментов (в частности, для обкатки или выглаживания деталей) на универсальных токарных станках с ЧПУ. Схема реализации предлагаемого способа для решения данной задачи показана на фиг. 7. В качестве источников излучения здесь приняты гелий-неоновые лазеры 1, направленные на фотодиоды 2 и 5 (фиг. 7) таким образом, что лазерные лучи перпендикулярны осям Z и Х станка, лежат в одной вертикальной плоскости на известном расстоянии от начала координат станка. Such a problem arises, for example, when setting up and adjusting various cutters and some other tools (in particular, for running-in or smoothing parts) on universal CNC lathes. A diagram of the implementation of the proposed method for solving this problem is shown in FIG. 7. Here, helium-
Для компенсации погрешности начальной установки инструмента в вертикальной плоскости и обеспечения пересечения его вершины с лазерным лучом, используемым для ориентации и измерения инструмента по координатной оси Z, применяется тонкий сплошной плоский лазерный луч, параллельный оси Х станка. Ширина этого луча выбирается несколько больше погрешности установки инструмента в вертикальной плоскости (порядка 3 . . . 5 мм). В принципе здесь можно было бы использовать и обычный луч лазера цилиндрической формы, диаметр которого для гелий-неоновых лазеров может находиться, как известно, в пределах 0,001 . . . 50 мм. Однако при этом нельзя будет обеспечить необходимую точность измерений, так как такой луч не сможет обеспечить выход вершины инструмента в одну точку по оси Z. To compensate for the error of the initial installation of the tool in a vertical plane and to ensure that its tip intersects with the laser beam used to orient and measure the tool along the Z coordinate axis, a thin solid flat laser beam parallel to the machine axis X is used. The width of this beam is chosen to be slightly larger than the error in installing the tool in a vertical plane (about 3... 5 mm). In principle, one could also use a conventional cylindrical laser beam, the diameter of which for helium-neon lasers can be, as is known, within 0.001. . . 50 mm. However, it will not be possible to ensure the necessary measurement accuracy, since such a beam will not be able to ensure the exit of the tool tip to one point along the Z axis.
Плоский луч от лазера 1 получают с помощью расширителя 4. Этот луч направлен либо на линейку фотодиодов, или отдельный фотодиод 2 соответствующей ширины (см. фиг. 4), либо на оптический элемент 5 (см. фиг. 7), который вновь превращает плоский луч в цилиндрический и направляет его далее на фотодиод 2. В качестве такого элемента могут быть использованы обратные цилиндрическая линза или пентапризма. A flat beam from the
Превращение плоского луча в цилиндрический и регистрация момента перекрытия одного из лучей световой плоскости вершиной инструмента одним фотодиодом призвано повысить точность измерений. Это связано с тем, что в линейке фотодиодов между фотодиодами имеется минимальное пространство, которое нечувствительно для падающих на них лучей. Поэтому при небольшой ширине луча (до 15 мм) лучше использовать вместо линейки фотодиодов один фотодиод, имеющий ширину плоского луча ( в этом случае он должен реагировать не на полное перекрытие падающего на него луча, а на изменение его освещенности ниже порогового значения) или схему, показанную на фиг. 7. The transformation of a flat beam into a cylindrical one and registration of the moment when one of the rays of the light plane overlaps with the tip of the instrument with one photodiode is designed to increase the measurement accuracy. This is due to the fact that in the line of photodiodes between the photodiodes there is a minimum space that is insensitive to the rays incident on them. Therefore, with a small beam width (up to 15 mm), it is better to use instead of the line of photodiodes a single photodiode having the width of a flat beam (in this case, it should respond not to the complete overlap of the incident beam, but to a change in its illumination below a threshold value) or a circuit, shown in FIG. 7.
Цикл работы измерительной системы подобен описанному выше по фиг. 1. Вначале СЧПУ включает источники и приемники излучения. Затем инструмент под управлением СЧПУ перемещается из исходного положения вначале вдоль оси Z до пересечения его вершины Д с плоским лучом лазера в точке А, а затем - параллельно оси Х до пересечения вершины с лучом лазера в точке O. СЧПУ оценивает вылет инструмента по каждой оси, сравнивает его с исходным, принимает решение о возможности использования данного инструмента, вносит в случае необходимости изменения в массив коррекции на вылет инструмента по каждой оси. The cycle of the measuring system is similar to that described above in FIG. 1. First, the control system includes sources and receivers of radiation. Then, the tool under control of the control system moves from the initial position, first along the Z axis, to the intersection of its peak D with a flat laser beam at point A, and then parallel to the X axis until the peak intersects the laser beam at point O. The control evaluates the tool offset along each axis, compares it with the original one, makes a decision on the possibility of using this tool, makes, if necessary, changes to the correction array for the tool overhang on each axis.
Рассмотрим пример измерений и ориентации в пространстве по трем координатным осям вращающегося исполнительного органа, имеющего точечную вершину (фиг. 8). Consider an example of measurements and orientation in space along the three coordinate axes of a rotating actuator having a point apex (Fig. 8).
Такая задача может возникнуть при настройке и поднастройке фасонных концевых фрез, фасонных зенкеров, сверл, обкатных шариков и других инструментов с точечной вершиной, положение которой относительно системы координат станка заранее точно неизвестно из-за погрешностей изготовления и установки ИО. Such a problem may arise when setting up and adjusting shaped end mills, shaped countersinks, drills, rolling balls and other tools with a point apex whose position relative to the machine coordinate system is not known in advance due to manufacturing and installation errors of the IO.
Измерительная система (фиг. 8) содержит три источника излучения 1 (лазера), три приемника излучения 2 (фотодиода). Для ориентации вращающегося ИО 3 по его оси Z используется плоский пучок излучения, который создается с помощью расширителя луча 4 (цилиндрической линзы или пентапризмы), а затем вновь превращается в тонкий нитевидный луч с помощью устройства 5 (обратные цилиндрическая линза или пентапризма). Тонкие лучи лежат в одной плоскости, параллельно плоскому лучу и координатной плоскости станка XOY, в которой производятся основные перемещения ИО или обрабатываемой детали. The measuring system (Fig. 8) contains three radiation sources 1 (laser), three radiation receivers 2 (photodiodes). To orient the
Процесс измерений происходит следующим образом. После включения лазеров и фотодиодов ось ИО без его предварительных измерений перемещают в точку примерно над серединой плоского луча, а затем при его непрерывном вращении - вдоль его оси до пересечения вершины ИО с плоским лучом. После выполнения ЦП СЧПУ необходимых расчетов, описанных выше, и принятия решения о продолжении измерений ИО поднимают вверх до тех пор, пока рабочая боковая поверхность ИО не выйдет в плоскость расположения тонких пучков излучения. ИО при непрерывном вращении перемещаются до пересечения с лучом, перпендикулярным оси Х. После выполнения ЦП СЧПУ необходимых расчетов ИО перемещаются до пересечения с лучом, перпендикулярным оси Y. При ориентации ИО по осям X и Y порядок перемещений ИО произвольный. Лучи в пространстве станка могут располагаться так, что в конце цикла измерений ИО выходит в исходную перед работой точку. Это также способствует повышению производительности и точности работы машины с ЧПУ. (56) Европейский патент N 098930, кл. B 23 Q 15/18, опубл. 1984. The measurement process is as follows. After turning on the lasers and photodiodes, the axis of the IO without its preliminary measurements is moved to a point approximately above the middle of the plane beam, and then, with its continuous rotation, along its axis until the vertex of the IO intersects the plane beam. After the CPU has completed the necessary calculations described above and the decision is made to continue the measurements of the EUT, they are raised up until the working lateral surface of the EUT reaches the plane of arrangement of the thin radiation beams. During continuous rotation, the EUT moves to the intersection with the beam perpendicular to the X axis. After the CPU performs the necessary calculations, the EUT moves to the intersection with the beam perpendicular to the Y axis. When the IO is oriented along the X and Y axes, the order of the IO movements is arbitrary. Rays in the space of the machine can be located so that at the end of the measurement cycle the IO goes to the initial point before work. It also helps to increase the productivity and accuracy of the CNC machine. (56) European patent N 098930, cl. B 23 Q 15/18, publ. 1984.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4485167 RU2009764C1 (en) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | Method of automatic orientation of actuating member of numerically controlled machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4485167 RU2009764C1 (en) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | Method of automatic orientation of actuating member of numerically controlled machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009764C1 true RU2009764C1 (en) | 1994-03-30 |
Family
ID=21400350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4485167 RU2009764C1 (en) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | Method of automatic orientation of actuating member of numerically controlled machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2009764C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2571984C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of adjustment of multipurpose machine for five-axis machining |
| RU2595197C1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-08-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Lathe knife adjustment method |
| RU2594545C2 (en) * | 2014-12-30 | 2016-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Device for controlling actuating element of machine, having at least three degrees of freedom |
| RU2717625C2 (en) * | 2015-06-11 | 2020-03-24 | Вотч Аут Са | Processing module, component assembly for processing module and method of processing unit start-up |
-
1988
- 1988-06-21 RU SU4485167 patent/RU2009764C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2571984C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of adjustment of multipurpose machine for five-axis machining |
| RU2594545C2 (en) * | 2014-12-30 | 2016-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Device for controlling actuating element of machine, having at least three degrees of freedom |
| RU2595197C1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-08-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Lathe knife adjustment method |
| RU2717625C2 (en) * | 2015-06-11 | 2020-03-24 | Вотч Аут Са | Processing module, component assembly for processing module and method of processing unit start-up |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5243265A (en) | Non-contact tracing control apparatus | |
| US6040903A (en) | Electro-optical measuring device for determining the relative position of two bodies, or of two surface areas of bodies, in relation to each other | |
| CN108072322B (en) | Coordinate measuring device with optical sensor and corresponding method | |
| US5831734A (en) | Method of measuring a reference position of a tool relative to a workpiece, and machine tool for carrying out said method | |
| JP3192992B2 (en) | Method and system for measuring angle indexing accuracy of machine tool | |
| JP3267340B2 (en) | Tool measuring device | |
| US6420694B1 (en) | Steerable retroreflective system and method | |
| JP2000186913A (en) | Method and device for optical detection of contrast line | |
| JP2542631B2 (en) | Non-contact tracing method | |
| RU2009764C1 (en) | Method of automatic orientation of actuating member of numerically controlled machine | |
| JP3657252B2 (en) | Shape measurement system using workpiece shape measuring device | |
| US6392222B1 (en) | Machine system having optical endpoint control and associated method | |
| US6601434B2 (en) | System and method of calibrating a multi-toolhead machine | |
| JPH01109058A (en) | Contactless copy controller | |
| JPH07239209A (en) | Method and device for activity precision measurement of automatic machine tool | |
| US4818879A (en) | Positioning and machining apparatus having a scanner for circularly scanning an object by a light beam | |
| JPS6130856B2 (en) | ||
| JP2001038619A (en) | Grinding wheel diameter measuring device in grinding machine | |
| JP2661034B2 (en) | A processing machine with a surface detection function | |
| JPH0516059A (en) | Cutting edge position detecting device for cutting tool | |
| RU2399461C1 (en) | Device for contactless control of sharpening angles and coordinates of tool top in machines with numerical program control | |
| JPS63245359A (en) | Machining line teaching method | |
| JPH11156577A (en) | Butt position detecting device | |
| JPH0216965B2 (en) | ||
| JP2001047270A (en) | Device for laser beam machining and method therefor |