Многоканальная система адаптивного управления металлорежущими станками

 

Союз Соыетских

Социапистическнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >885973 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (53)M. Кл.

G 05 В 19/39

6 05 В 19/417 (22) Заявлено 17.12.79 (21) 2880574/18 — 24 с присоединением заявки №вЂ”

5веударстееииый комитет (28) Приоритет— ло делам иэебретеиий и открытий

Опубликовано 30.11.81. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания, 30.11.81 (53) УД К 621.503..55 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Л. Булгач, Т, P. Клочко, В. А. Остафьев и Г. С. Ты

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50 летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

METAËË0ÐÅÆÓÙÈMÈ СТАНКАМИ

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для адаптивного управления группой металлорежущих станков.

Известна система автоматического управления станком, содержащая датчики текущих параметров резания, пороговые переключатели, элементы И, ИЛИ и электрический блок оптимизации процесса обработки деталей, которая регулирует скорость подачи и количество оборотов шпинделя (1) .

t0

Однако эта система не учитывает вибрации упругой системы станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД), которые являются важным информативным параметром, с помощью

15 которого косвенным методом можно определить размерный износ режущего инструмента.

Известна, также система адаптивного управления металлорежущими станками, содержащая датчик вибраций, фильтр, детектор колебаний, выпрямитель, схему сравнения, цифровую

20 систему управления. Сигнал от датчика вибраций, установленного на резпелержателе станка, поступает через фильтр на детектор, который

2 усиливает и демодулирует колебания, лежащие в выбранной полосе частот. Выходной сигнал выпрямляется и интегрируется для получения постоянного напряжения, пропорционального амплитуде вибраций системы СПИД. Это напряжение сравнивается с эталонным напряжением, соответствующим заданному низкому уровню вибрации. Сигнал рассогласования поступает на цифровую систему управления, которая, восстанавливая заданный уровень вибрации, регулирует скорость подачи, что позволяет обеспечить оптимальные условия обработки t2).

Система имеет ряд недостатков. Одним из них является недостаточная надежность, так как система не учитывает влияние совокупности побочных факторов, которые возникают в процессе работы станка, на качество обработки деталей. Фазо-частотная характеристика спектра вибраций не регистрируется. Кроме того, скорость выдачи команды цифровой системой управления .невысока из-за необходимости восстановлений заданного уровня вибраций.

885973

Наиболее близким к предлагаемому является система адаптивного управления станка. Lm, содержащая в каждом канале последовательно соединенные исполнительный элемент, датчик вибраций, усилитель, детектор и электронный затвор, а также блок управления, связанный с оптическим процессором (3).

Недостатком такой системы является низкая надежность.

Цель изобретения — повышение надежности 10 системы.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальную систему адаптивного управления металлорежущими станками, содержащую блок управления, первый вход которого подключен к выходу блока считывания, подключенного первым входом к первому выходу блока управления, последовательно соединещые лазер, светоделительную призму, первое зеркало, первый электронный затвор, подключенный ко второму выходу блока управления, первый расширитель пучка и первый элемент регистрации, подключенный вторым входом к третьему выходу блока управления, последовательно соединенные второй электронный затвор, подключенный к четвертому выходу блока управления и к светоделительной призме, второй расширитель пучка, первый блок акусто-оптической модуляции и первую Фурье-линзу, в задней фокальной плоскости которой .располо30 жен первый элемент регистрации, и в каждом канале последовательно соединенные исполнительный элемент, подключенный входом к пятому выходу блока управления, датчик вибраций, усилитель, детектор и электронный фильтр, первый выход которого соединен со вторым входом блока управления, второй выход — со входом первого блока акусто-оптической модуляции, а второй вход — со вторым выходом детектора данного канала, введены оптический фазовращатель, последовательно соединенные полупрозрачный оптический элемент, третий электронный затвор, третий расширитель пучка, второй элемент регистрации, вторую Фурье,-линзу, и последовательно соединенные второе зеркало, четвертый элек- 45 тронный затвор, четвертый расширитель пучка, второй блок акусто-оптической модуляции и .третью Фурье-линзу, в задней фокальной плоскости которой расположен второй элемент регистрации, оптически связанный с выходом 50 первого элемента регистрации через оптический фазовращатель, вход лазера подключен к шестому выходу блока управления, светоделительная призма через полупрозрачный оптический элемент связана со вторым зеркалом, 55 седьмой и восьмой выходы блока управления соединены соответственно с третьим и четвертым электронными затворами, а вторые вхо4 ды второго блока акусто-оптической модуляции подключены к третьим выходам электронных фильтров, причем блок считывания установлен в задней фокальной плоскости второй

Фурье-линзы.

На чертеже представлена схема системы.

Система состоит из электронного узла 1 управления группой 2 станок-приспособлениеинструмент-деталь (СПИД) и многоканального оптического процессора 3. Электронный узел

1 управления содержит датчики 4 вибраций, соединенные через усилители 5 и детекторы

6 с электронными фильтрами 7, блок 8 управления, входы которого соединены с фильтрами 7, Процессор 3 содержит лазер 9 с перестраиваемой длиной волны, светоделительную призму 10, первое 11 и второе 12 зеркало, полупрозрачный оптический элемент 13, первый

14, второй 15, третий 16 и четвертый 17 электронные затворы, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 расширители пучков, расположенные на оцтической оси каждого пучка. Первый блок 22 акусто-оптической модуляции установлен в передней фокальной плоскости цилиндрической первой Фурье-линзы

23, в задней фокальной плоскости которой находится первый элемент 24 регистрами, оптический фазовращатель 25 расположен на одной оптической оси с элементом 24. Второй блок 26 акусто-оптической модуляции установлен в передней фокальной плоскости третьей

Фурье-линзы 27, в задней фокальной плоскости которой расположен второй элемент 28 регистрации, который одновременно находится в передней фокальной плоскости, второй

Фурье-линзы 29. Блок 30 считывания установлен в задней фокальной плоскости .Фурье-линзы 29.

Система работает следующим образом.

Сигналы от датчиков 4, расположенных на резцедержателях станков, поступают на усилители 5 и детекторы б. С усилителей 5 переменное напРЯжение 01эх1 (t) постУпает на фильтры 7, с первого выхода которых снимается постоянная составляющая Uo входного напряжения0 х (t) и подается на входы блока 8. Со второго выхода фильтров 7 снимается переменная составляющая 1 ; (t), которая подается на соответствующие входы блоков 22 и 26 Величина напРЯжениЯ 11о; несет информацию о величине силы резания, а

Uo (t) — о характере вибраций узла 2 СПИД.

Режим работы лазера 9 управляется сигналом 1 упрл,. поступающим от блока 8. Пучок излучения с длиной волны Х, or лазера 9 расцепляется на три пучка светоделительной призмой. 10. Первый пучок поворачивается зеркалом 11 и при открытом затворе 14, на входы которого от блока 8 поступает, улрав.ляющий сигнал U) через расширитель 18 направляется на элемент 24, в качестве которого можно испольэовать фототермопластическую пластину. На блок питания элемента 24 от блока 8 поступает сигнал 11упрт. Второй пучок излучения через затвор 15, который управляется сигналом от блока 8, и расширитель 19 направляется на входы блока 22, где происходит днфракцня света на ультразвуковых волнах, возбуждаемых электрическими сигналами U, (t) от датчиков 4 и измеряемых в момент начала процесса резания новым инструментом. Каждый акустооптнческин модулятор образует днфракционное поле, .определяемое формой подаваемого сигнала .U (t) В задней фокальной плоскости Фурьелинзы 23 формируются пространственные .спектры вводимых сигналов U; (t)

v> (т„, у;) =fu; (t, v;) ехр (— ) зи а) а с, (1)

20 где f пространственная частота спектра, ft

Ех

2Ч

y — скорость распространения ультразвуковой волны в звукопроводе модулятора; — временная частота спектра.

Таким образом, электрическое колебание с частотой 1т преобразуется в пространственное и отображается на элементе 24 в точке

30 с координатой Х:

Х= „Л, f (3) где Л вЂ” длина волны излучения.

Первый пучок излучения является опорной волной для регистрации на элементе 24 спектра вибраций упругой системы СПИД, измеренных в начальный момент процесса резания. Qj(fg Yj) 1Ugj(x Yl) ехр (— i r хх) «х;(4)

После этого затвор 15 закрывается, и первый пучок проецирует спектр через четверть-4ф волновую пластину фазовращателя 25, вносящую фазовый сдвиг на а,12.в спектр, на элемент 28. В качестве элемента 28 используется фотохромный материал.

Элемент 13 делит падающий на него пучок света на две части. Один пучок, поворачиваясь зеркалом 12, через затвор 17, который управляется сигналом U от блока 8, и расширитель 21 направляется на блок 26.

Через интервал времени, обусловленный стойкостью материала режущего инструмента и быстродействием системы управления, сигналы от датчиков 4 поступают на соответствую- щие входы блока 26, где преобразуются в пространственный спектр вибраций:

Ч (, (;) = 0 .(х,у;) ехр (— j 2 x х) ах. (5)

Поскольку спектры Чи)(fx,yi) и i(тх, yi) сдвинуты по фазе íà E(2 пластиной фазовраДля перезаписи спектра на элемент 28 через элемент 13, затвор 16 и расширитель 20 направляется пучок излучения с длиной волны

Лэ, что обеспечивается режимом работы лазера 9.

Автокорреляционная функция К1 (M) считывается блоком 30, в качестве которого используется прибор зарядовой связи (ПЗС-матрица), на которую поступает с блока 8 управляющее напряжение Оупр1 Выходной сигнал, характеризующий величину автокорреляционной функции i(i(M),,поступает на входы блока 8, который формирует управляющие команды

Ур;, (fi и выдает их на узлы 2 СПИД.

Предлагаемая система имеет ряд преимуществ по сравнению с известными. Оптический процессор позволяет в реальном масштабе времени преобразовать сложный случайный сигнал вибраций узла СПИД в информативный параметр, характеризующий размерный износ инструмента. Система полностью устраняет отрицательное влияние побочных факторов, возникающих в процессе резания, что повышает надежность и точность управления, качество обработки деталей. Один оптический процессор обрабатывает информацию от группы металлорежущих станков со скоростью 10 бит/с, что значительно превышает скорость обработки информации электронной системой. Оптическая система по надежности и срокам эксплуатации превосходит электронные системы.

Формула изобретения

Многоканальная система адаптивного управления металлорежущими станками, содержащая блок управления, первый вход которого подключен к выходу блока считывания, подклю885973 4 щателя 25, то на элементе 28 происходит их вычитание, и регистрируется разностиый спектр ypi (1„, yi). характернзирующий износ режущего инструмента.

5 Вторая часть пучка излучения, но уже с длиной волны Лр, от элемента 13 через открытый затвор 16, на входы которого поступают сигналы 0з от блока 8 и расширитель 20 направляется на элемент 28. Так как фотохромный материал регистратора чувствителен к интенсивности падающего излучения, то регистрируется энергетический спектр полезного сигнала вибраций Wpi (fx yi).

В задней фокальной плоскости Фурье-линзы

i5. 29 формируется автокорреляционная функция энергетического разностного спектра изношенного инструмента

Ki(M)= fMfp<(fx, у;)ехр(1 _#_fx Ьх) ах (6)

СФ>

885973 енного первым входом к первому выходу блока управления, последовательно соединечные лазер, светоделительную призму, первое зеркало, перый электронный затвор, подключенный ко второму выходу блока управления, первьй расширитель пучка и первый элемент рвгнстрации, подключенный вторым входом к третьему выходу блока управления, последовательно соединенные второй электронный затвор, подключенный к четвертому выходу блока управления и светоделительной призме, второй расширитель пучка, первый блок акусто-оптической модуляции и первую Фурьежнэу, в задней фокальной плоскости которой расцоложеи первый элемент регистрации, и в

Йикдом канале последовательно соединенные исполнительный элемент, подключенный входом к пятому выходу блока управления, датчик, вибраций, усилитель, детектор и электронньй фильтр, первый выход которого соединен со вторым входом блока управления, второй выход — со входом первого блока акустооптической модуляции, а второй вход — со вторым выходом детектора данного канала, о -т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, она содержит оптический фазовращатель, последовательно соетшненжие полупрозрачный оптический элемент, третий электронный затвор, третий расширитель пучка, второй элемент регистрации, яторую Фурье-линзу, и последовательно соединенные второе зеркало, четвертый электронный затвор, четвертый расширитель пучка, второй блок акусто-оптической модуляции и третью

Фурье-линзу, в задней фокальной плоскости которой расположен второй элемент регистрации, оптически связанный с выходом первого элемента регистрации через оптический фазовращатель, вход лазера подключен к шестому

1О выходу. блока управления, светоделительная призма через полупрозрачный оптический элемент связана со вторым зеркалом, седьмой и восьмой выходы блока управления соединены соответственно с третьим и четвертым электронными затворами, а вторые входы второго блока акусто-оптической модуляции подключены к третьим выходам электронных фильтров, причем блок считывания установлен в задней фокальной плоскости второй Фурьелинзы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании N 1242751, кл. G 05 В 13/02, опублйк. 1968.

2. Патент Великобритании N 1217962, кл. G 05 0 19/02, опублик. 1968.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке

N 2796269/24, кл. G 05 В 19/39, 1979 (прототип).

885973

Редактор И. Тыкей

Тираж 943 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10542/69

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Колокольцов

Техред А.Ач Корректор С. Шекмар