Датчик положения кромки режущего инструмента

 

Изобретение может быть использовано для контроля положения и состояния режущего инструмента на станках с ЧПУ. Цель изобретения - повышение производительности и точности контроля путем обеспечения его проведения непосредственно во время технологических переходов. Излучение от лазера 1, пройдя через вращающуюся призму-сканатор 2, смещается в положительном направлении оси OZ, через щелевую диафрагму 3 поступает в оптическую скобу 4, центральная часть первого блока которой представляет собой куб-призму 5 с полупрозрачной диагональной полуплоскостью, а центральная часть второго блока - прямоугольную призму 8 с гипотенузной отражающей гранью. Боковые части блоков представляют собой прямоугольные призмы 7 и 6, 9 и 10 с гипотенузными отражающими гранями, примыкающие соответственно к призмам 5 и 8 катетными гранями и развернутые относительно друг друга на 90° (призмы 6 и 7 - в вертикальной, а призмы 9, 10 - в горизонтальной плоскостях). Полупрозрачной гранью куб-призмы 5 излучение отклоняется на призму 6, отражается от ее гипотенузой грани и выходит из первого блока по направлению оси OY. Отразившись от гипотенузных граней призм 8 - 10, излучение в обратном ходе, сканируя вдоль оси OZ, отражается от гипотенузной грани призмы 7 и через куб-призму 5 и щелевую диафрагму 3 возвращается к призме-сканатору несколько ниже оси исходного излучения. Часть излучения, прошедшая через полупрозрачную грань куба-призмы 5 в прямом ходе, гасится зачерненной частью гипотенузной грани призмы 7. В рабочем пространстве скобы образуются взаимно перпендикулярные световые следы плоскостей сканирования излучения в прямом и обратном ходе, параллельные координатным осям станка. После обработки сигнала его вводят в систему ЧПУ станка и сравнивают со значениями, установленными по программе, после чего вырабатывается команда на корректировку координат или на замену инструмента. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Д; О . ;1А

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4422348/24-28 (22) 23.11,88 (46) 15.11.90, Бюл, М 42 (71} Московский станкоинструментальный институт (72) Б.Н. Марков, Г.Н. Андреев, Г.С, Бирюков, А.Б.Линд, С.Е.Педь, А.Л. Серко, А,Ф. Трохов и А.В, Шулепов (53) 531.717(088.8) (56) Воронцов Л.H. Фотоэлектрические системы контроля линейных величин. М.: Машииостроение, 1965, с. 36; фиг. 126. Ы 1606852 А1 (sl}s G 01 В 11/00, В 23 Q 35/04

2 (54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ КРОМКИ РЕЖУЩЕ ГО И Н СТРУМ Е НТА (57) Изобретение может быть использовано для контроля положения и состояния режущего инструмента на станках с ЧПУ. Цель изобретения — повышение произодительности и точности контроля путем обеспечения

его проведения непосредственно во время технологических переходов. Излучение от лазера 1, пройдя через вращающуюся призму-сканатор 2, смещается в положительном направлении оси 02, через щелевую диаф1606852

I призм 8 — 10, излучение в обратном ходе, сканируя вдоль оси 07, отражается от гипоте10

30 оптическую скобу 4, состоящую из двух встроенных призменных блоков, образованных соответственно призмами 5 — 7 и 835 рагму 3 поступает в оптическую скобу 4, центральная часть первого блока которой представляет собой куб-призму 5 с полупрозрачной диагональной полуплоскостью, а центральная часть второго блока — прямоугольную призму 8 с гипотенузной отражающей гранью. Боковые части блоков представляют собой прямоугольные призмы 7 и 6, 9 и 10 с гипотенузными отражающими гранями, примыкающие соответственно к призмам 5 и 8.катетн ми гранями и развернутые относительно друг друга на 90 (призмы 6 и 7 в вертикальной, а призмы 9 и 10 — в горизонтальной плоскостях), Полупрозрачной гранью куба-призмы

5 излучение отклоняется на призму 6, отражается от ее гипотенузной грани и выходит из первого блока по направлению оси OY.

Отразившись от гипотенузных граней

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения и состояния режущего инструмента на станках с ЧПУ.

Цель изобретения — повышение производительности и очности контроля путем обеспечения его проведения непосредственно во время технологических переходов и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а также расширение технологических воэможностей датчика путем обеспечения расширения номенклатуры контролируемых инструментов.

На фиг. I изображена оптико-кинематическая схема датчика положения кромки режущего инструмента; на фиг, 2 — следы двух взаимно перпендикулярных плоскостей сканирования пучков излучения в сечении, перпендикулярном к направлению распространения излучения между призменными блоками оптической скобы, и взаимная ориентация плоскостей сканирования и кромок. контролируемого инструмента; на фиг, 3 — эпюры напряжений на выходе фотоприемника, Датчик положения кромки режущего инструмента содержит источник излучения, например лазер 1, призму-сканатор 2 с четным числом граней, щелевую диафрагму 3, 10, прямоугольную отражательную призму

11 и фотоприемник 12.

Центральная часть первого по ходу излучения строенного призменного блока представляет собой куб-призму 5 с полупрозрачной диагональной плоскостью, втонуэной грани призмы 7 и через куб-призму

5 и щелевую диафрагму 3 возвращается к призме-сканатору несколько ниже оси исходного излучения. Часть излучения, прошедшая через полупрозрачную грань куба-призмы 5 в прямом ходе, гасится зачерненной частью гипотенузной грани призмы 7, В рабочем пространстве скобы образуются взаимно перпендикулярные световые следы плоскостей сканирования излучения в прямом и обратном ходе, параллельные координатным осям станка. После обработки сигнала его вводят в систему ЧПУ станка и сравнивают со значениями, установленными по программе, после чего вырабатывается команда на корректировку координат или на замену инструмента, 3 ил. рого блока — прямоугольную призму 8 с гипотенузной отражающей гранью, боковые части обоих строенных блоков представляют собой прямоугольные призмы 6, 7 и 9, 10 с гипотенузными отражающими гранями, примыкающие соответственно к призмам 5 и 8 катетными гранями и развернутые одна относительно другой на 90О: призмы 6, 7 — в вертикальной, а призмы 9, 10 — в горизонтальной плоскостях. Призменные блоки ус- . тановленны один относительно другого с зазором, величина которого позволяет разместить в нем контролируемую кромку.

Датчик работает следующим образом.

Излучение лазера 1 проходит через вращающуюся призму-сканатор 2, Ось выходящего из призмы 2 излучения при ее вращении в укаэанном на фиг. 1 направлении смещается в плоскости XOZ в положительном направлении оси 02 до крайнего положения, определяемого размерами призмы 2 и коэффициентом преломления стекла. Затем после прохождения ребра, призмы 2 через оптическую ось исходного луча выходящее иэ призмы излучение оказывается в противоположном крайнем положении и по мере вращения призмы 2 вновь смещается в положительном направлении оси OZ. Щелевая диафрагма 3 ограничивает ширину образующейся световой полосы размером Iz. Излучение, прошедшее через щелевую диафрагму 3 и сканирующее вдоль оси OZ, поступает далее в оптическую скобу 4. Полупрозрачной гранью куба-призмы 5 излучение отклоняется на призму б, отражается от ее гипотенузной грани и выходит из первого призменного блока вверх по направлению оси GY, скани1606852 руя одновременно вдоль оси ОХ. Отразившись от гипотенузных граней прямоугольных призм 8 — 10, образующих второй блок, излучение направляется в обратном ходе вниз, сканируя уже вдоль оси OZ, отражается от гипотенузной грани призмы 7 и через куб-призму 5 и щелевую диафрагму 3 возвращается к призме-сканатору 2 несколько ниже оси исходного излучения. На выходе из призмы 2 в обратном ходе ось излучения становится неподвижной. Отразившись от гипотенузной грани призмы 11, излучение попадает на фотоприемник 12. Часть излучения прошедшего через полупрозрачную

10

15 грань кубика 5 в прямом ходе гасится зачерненной частью.

В зазоре между призменными блоками — рабочем пространстве оптической скобы 4 создаются таким образом световые полоски 13 и 14 (фиг. 2) — следы плоскостей сканирования излучения в прямом и обратном ходе, параллельные координатным осям

XOY u YOZ станка, на котором установлен датчик. При этом на выходе фотоприемника

20 угольных импульсов (фиг. 3). Время z нахождения сигнала Оф) на верхнем уровне определяется шириной Iz щелевой диафрагмы 3 (фиг, 1). Подбором Iz скважность им30 пульсов можно сделать равной двум.

Период Т последовательности импульсов определяется частотой вращения призмы 2 и числом ее граней, При контроле положения кромок режущих инструментов различного типа инструмент вводится в рабочее пространство скобы 4. B зависимости оттипа инструмента и его назначения он может вращаться или находиться в определенном угловом поло40 жении, Перемещаясь вдоль координатных осей станка,,инструмент частично перекрывает своей режущей кромкой (кромками) световую полоску 13 или 14, в результате чего импульсы на выходе фотоприемника

45 искажаются. Характер искажения может иметь форму, представленную импульсами

Up(t) или Ua(t) (фиг, 3), В обоих случаях меня ется спектр сигнала, в том числе и амплиту- да, приходящаяся на основную частоту, и

50 время пребывания сигнала на уровне, большем некоторого заранее установленного значения Uo.

Схема отработки сигнала фотоприемника может быть основана на использовании

55 узкополосного фильтра, настроенного на основную частоту или кратную ей, или на определении длительности пребывания сигнала на уровне, более высоком, чем пороговый уровень 14. В любом случае на выходе схемы отработки сигнала может быть

12 образуется последовательность прямо- 25 сформирован сигнал в момент касания кромкой инструмента световой полоски 13 или 14 (фиг. 2), Этот сигнал вводится в систему ЧПУ станка, где определяются действительные координаты Х или Z кромки инструмента, сравниваются со значениями, установленными по программе, после чего вырабатывается команда на корректировку координат или замену инструмента.

Датчик устройства может быть выполнен из двух частей. Одна, выключающая лазер, призму-сканатор, щель и фотоприемник, может быть выполнена в виде отдельного блока, устанавливаемого вне эоны обработки станка. Вторая (оптическая скоба) устанавливается вблизи эоны обработки и имеет оптическую связь с первой, Информационная связь между двумя частями датчика производится по лазерному лучу, Контроль кромки режущего инструмента предложенным датчиком положения может производиться s двух взаимно перпендикулярных плоскостях непосредстB8kMo во время технологических переходов, что повышает производительность и точность контроля, а возможность контроля кромок всей номенклатуры режущих инструментов расширяет технологические возможности датчика.

Фoомула изобретения

1. Датчик положения кромки режущего инструмента, предназначенный для установки на станке вблизи зоны обработки и содержащий источник излучения, оптическую систему и фотоприемник, о т л и ч à юшийся тем, что, с целью повышения производительности и точности контроля, а также расширения технологических возможностей датчика путем обеспечения расширения номенклатуры контролируемых инструментов, оптическая система выполнена в виде установленных в ходе излучения от источника призмы-сканатора, установленной с возможностью сканирования вокруг оси, перпендикулярной оптической оси датчика, диафрагмы и оптической скобы, а фотоприемник расположен в обратном ходе излучения за призмой-сканатором.

2. Датчик по и. 1, отличающийся тем, что оптическая скоба выполнена в виде двух строенных призменных блоков, центральная часть первого по ходу излучения блока состоит из куба-призмы с диагональной полупрозрачной плоскостью, второго блока — иэ прямоугольной призмы с гипотенузной отражающей гранью, боковые части обоих строенных блоков состоят из прямо1606852

Фиг,3 угольных призм с,гипотенузными отражающими гранями, примыкающих к центрвльной части соответствующего блока катетными гранями и развернутых одна относительно другой в каждом блоке на 90 . в 5 первом по ходу излучения блоке — в вертикальной, во втором — в горизонтальной плоскостях, блоки установлены один относительно другого встречно с возможностью образования обратного хода излуче- 10 ния, оптическая ось которого параллельна оптической оси излучения в прямом ходе, с зазором, величина которого обеспечивает размещение в нем контролируемой кромки, и так, что плоскости сканирования лазерного излучения между блоками скобы в прямом и обратном ходе, ориентированы взаимно перпендикулярно, а между призмой-сканатором и первым блоком скобы— взаимно параллельно.

1606852

Составитель С. Грачев

Редактор М. Келемеш Техред М.Моргентал Корректор 3. Лончакова

Заказ 3544 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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