СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ ПРОФИЛЬНЫХ СТРУКТУР РИСУНКА ГРАВЮРЫ В ФУНКЦИОНАЛЬНОМ СЛОЕ МЕТАЛЛОГРАФСКОЙ ФОРМЫ НА АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ГРАВИРОВАЛЬНОМ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОМ КОМПЛЕКСЕ Российский патент 2012 года по МПК B23D5/02 B41C1/45 

Изобретение относится к технологии суперпрецизионной станочной обработки изделий и может быть использовано в рамках реализации Государственной программы внедрения современного уровня достижений в сфере «нанотехнологий» в ведущих отраслях техники, определяющих уровень экономического развития страны в целом.

Преимущественное направление использования - автоматизированная мехатронная обработка резанием функционального слоя изделия со сложным пространственным профилем и формой (в плане) формируемых в функциональном слое профильных структур фрагментов рисунка гравюры с высокой степенью точности.

Например, заявленный комплекс может быть успешно реализован при изготовлении печатных форм для металлографской печати, используемых для производства денежных знаков /банкнот/ и иных ценных бумаг.

Из уровня техники известен способ формирования дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы на автоматизированном гравировальном программно-аппаратном комплексе, при котором осуществляют главное формообразующее относительное перемещение инструмента и поверхности функционального слоя металлографской формы. Для этого используют санкционирующую посредством управляющей программы трехкоординатную XYZ исполнительную систему перемещения (RU, №2356704, C2, 2008 г.)

К недостаткам данного известного из уровня техники способа следует отнести (при прочих равных условиях) статистически неопределенную точность обработки различных участков гравюры, поскольку отсутствует текущая компенсация температурной деформации (удлинения) узлов исполнительной системы (в частности, шпинделя), а также непосредственно режущего инструмента, по вертикальной координате «Z» в процессе технологического цикла обработки. Кроме того, отсутствует текущий контроль нарушения целостности режущей части инструмента и ее износа сверх технологически допустимого предела. Следовательно, возникает статистическая неопределенность положения вершины режущего инструмента по вертикальной оси «Z» и, как следствие; происходит несанкционированное изменение глубины резания в процессе технологического цикла на различных участках гравюры металлографской формы, что негативно влияет на точность и качество обработки изделия.

Технический результат - повышение точности обработки и качества (чистоты) обрабатываемой поверхности формируемых структур металлографской формы при высокой степени вероятности обработки всего поля гравюры с одинаковой точностью и качеством обработанной поверхности за счет реализации процессов текущей компенсации температурной деформации шпинделя и своевременной замены инструмента в течение всего технологического цикла обработки.

Поставленный технический результат достигается посредством того, что в способе формирования дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы на автоматизированном гравировальном программно-аппаратном комплексе, при котором осуществляют главное формообразующее относительное перемещение инструмента и поверхности функционального слоя металлографской формы, для чего используют функционирующую посредством управляющей программы трехкоординатную XYZ исполнительную систему перемещения, согласно изобретению перед началом технологического процесса режущий инструмент посредством исполнительной системы перемещают в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа; фиксируют его режущую часть в стационарной контрольной позиции и программно регистрируют вертикальную координату Z₁ вершины инструмента относительно базовой плоскости с координатой Z₀; в качестве базовой плоскости используют поверхность функционального слоя металлографской формы; при этом координату Z₀ программно регистрируют одновременно с регистрацией координаты Z₁ любыми известными из уровня техники средствами, например, посредством использования встроенного в исполнительную систему индуктивного или лазерного датчика; при этом величину константы ΔZ_const=Z₁-Z₀ вносят в банк данных управляющей программы на время осуществления данного технологического процесса; управляющую программу исполнительной системы перемещения организуют таким образом, что в процессе технологического цикла через регламентированные промежутки времени программно осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль износа режущей части инструмента и текущей, регламентируемой температурными деформациями узлов исполнительной системы, в частности - шпинделя, а также непосредственно режущего инструмента, координаты Z_т его вершины относительно базовой плоскости - координаты Z₀; для этого осуществляют подъем режущего инструмента из текущей рабочей позиции и перемещают его в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа в позицию, соответствующую вышеупомянутой стационарной исходной позиции; далее программно регистрируют величину ΔZ_т=Z_т-Z₀; сравнивают величину ΔZ_т с величиной ΔZ_const; осуществляют временную коррекцию управляющей программы по координате Z на величину ΔZ=ΔZ_т-ΔZ_const, после чего программно обеспечивают возврат инструмента в рабочую позицию; при этом перед осуществлением вышеописанного цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля, т.е. перед вводом режущей части инструмента в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа, осуществляют ее очистку от микрочастиц обрабатываемого материала; кроме того, в случае обнаружения в процессе оптико-электронного контроля нарушения целостности режущей части инструмента и/или ее износа выше технологически допустимой величины программно осуществляют замену инструмента в автоматическом режиме, а определение величины ΔZ, в процессе осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля, регламентирующей текущую коррекцию управляющей программы по координате Z, осуществляют по отношению к вершине вновь установленного режущего инструмента.

Оптимально упомянутые промежутки времени, через которые осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль режущей части инструмента, программно регламентировать по заданной величине изменения градиента температуры соответствующих узлов исполнительной системы, в частности, шпинделя и непосредственно режущего инструмента.

Целесообразно очистку режущей части инструмента осуществлять путем обеспечения контакта ее поверхности с пластичным материалом, обладающим высокими адгезионными свойствами по отношению к обрабатываемому материалу.

Разумно в качестве рабочей позиции режущего инструмента в процессе его возврата после осуществления цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля использовать одну из текущих позиций инструмента, предшествующих позиции вышеупомянутого подъема инструмента в цикле осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.

В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:

- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;

- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;

- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

В процессе технологического цикла формирования (гравирования) дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы на автоматизированном гравировальном программно-аппаратном комплексе осуществляют главное формообразующее относительное перемещение инструмента и поверхности функционального слоя металлографской формы. Для этого используют функционирующую посредством управляющей программы трехкоординатную XYZ исполнительную систему относительного перемещения инструмента. Перед началом технологического процесса гравирования режущий инструмент (посредством исполнительной системы) перемещают в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа. Фиксируют его режущую часть в стационарной контрольной позиции и программно регистрируют вертикальную координату Z₁ вершины инструмента относительно базовой плоскости с координатой Z₀. В качестве базовой плоскости используют поверхность функционального слоя металлографской формы. При этом координату Z₀ программно регистрируют одновременно с регистрацией координаты Z₁ любыми известными из уровня техники средствами. Например, посредством использования встроенного в исполнительную систему индуктивного или лазерного датчика. При этом величину константы ΔZ_const=Z_1-Z₀ вносят в банк данных управляющей программы на время осуществления данного технологического процесса гравирования. Управляющую программу исполнительной системы перемещения организуют таким образом, что в процессе технологического цикла через регламентированные промежутки времени программно осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль износа режущей части инструмента и текущей (регламентируемой температурными деформациями узлов исполнительной системы, в частности - шпинделя, а также непосредственно режущего инструмента) координаты Z_т его вершины относительно базовой плоскости - координаты Z₀. Для этого осуществляют подъем режущего инструмента из текущей рабочей позиции и перемещают его в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа в позицию, соответствующую вышеупомянутой стационарной исходной позиции. Далее программно регистрируют величину ΔZ_т=Z_т-Z₀. Сравнивают величину ΔZ_т с величиной ΔZ_const. Осуществляют временную коррекцию управляющей программы по координате Z на величину ΔZ=ΔZ_т-ΔZ_const. После этого программно обеспечивают возврат инструмента в рабочую позицию.

При этом, перед осуществлением вышеописанного цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля (т.е. перед вводом режущей части инструмента в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа) осуществляют ее очистку от микрочастиц обрабатываемого материала.

Кроме того, в случае обнаружения в процессе оптико-электронного видеоконтроля нарушения целостности режущей части инструмента и/или ее износа выше технологически допустимой величины программно осуществляют замену инструмента в автоматическом режиме, а определение величины ΔZ (в процессе осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля), регламентирующей текущую коррекцию управляющей программы по координате Z, осуществляют по отношению к вершине вновь установленного режущего инструмента.

Оптимально упомянутые промежутки времени, через которые осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль режущей части инструмента, программно регламентировать по заданной величине изменения градиента температуры соответствующих узлов исполнительной системы, в частности шпинделя и непосредственно режущего инструмента. Это обеспечивает повышение производительности процесса гравирования, поскольку технологический цикл прерывается только в том случае, когда температура узлов исполнительной системы изменится на такую величину, влияние которой (вследствие линейных температурных изменений упомянутых узлов) вызовет появление технологически не допустимых погрешностей обработки.

Целесообразно очистку режущей части инструмента осуществлять путем обеспечения контакта ее поверхности с пластичные материалом, обладающим высокими адгезионными свойствами по отношению к обрабатываемому материалу.

Здесь следует отметить, что вышеупомянутая очистка обеспечивает повышение достоверности результатов текущего оптико-электронного видеоконтроля, предлагаемый способ очистки является технологически простым быстродействующим при обеспечении необходимого качества очистки.

Таким образом, осуществление очистки режущей части инструмента от микрочастиц обрабатываемого материала перед ее вводом в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа позволяет осуществлять более качественный текущий параметрический контроль изменения пространственного положения вершины инструмента.

Разумно в качестве рабочей позиции режущего инструмента в процессе его возврата после осуществления цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля использовать одну из текущих позиций инструмента, предшествующих позиции вышеупомянутого подъема инструмента в цикле осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля.

Возврат инструмента в зону обработки с возможностью позиционирования его вершины на позиции, предшествующей позиции упомянутого подъема инструмента, позволяет (несмотря на некоторое увеличение времени полного технологического цикла) повторно провести обработку ранее обработанного участка. А это, в случае износа режущей кромки выше допустимого предела или ее микроскопа, позволяет довести точность и качество поверхности на данном участке до номинала новым режущим инструментом.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении, может быть реализован в качестве метода прецизионного позиционирования режущего инструмента.

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Способ включает главное перемещение инструмента и поверхности функционального слоя металлографской формы, для чего используют трехкоординатную XYZ исполнительную систему относительного перемещения инструмента. Для повышения точности и качества обработки перед началом технологического процесса режущий инструмент перемещают в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа; фиксируют его режущую часть в стационарной контрольной позиции и программно регистрируют вертикальную координату Z₁ вершины инструмента относительно базовой плоскости с координатой Z₀; в качестве базовой плоскости используют поверхность функционального слоя металлографской формы; при этом координату Z₀ программно регистрируют одновременно с регистрацией координаты Z₁. При этом величину константы ΔZ_const=Z₁-Z₀ вносят в банк данных управляющей программы на время осуществления данного технологического процесса; управляющую программу исполнительной системы перемещения организуют таким образом, что в процессе технологического цикла через регламентированные промежутки времени программно осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль износа режущей части инструмента и текущей, регламентируемой температурными деформациями узлов исполнительной системы, в частности - шпинделя, а также непосредственно режущего инструмента, координаты Z_т его вершины относительно базовой плоскости - координаты Z₀. Для этого осуществляют подъем режущего инструмента из текущей рабочей позиции и перемещают его в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа в позицию, соответствующую вышеупомянутой стационарной исходной позиции; далее программно регистрируют величину ΔZ_т=Z_т-Z₀; сравнивают величину ΔZ_т с величиной ΔZ_const; осуществляют временную коррекцию управляющей программы по координате Z на величину ΔZ=ΔZ_т-ΔZ_const, после чего программно обеспечивают возврат инструмента в рабочую позицию. При этом, перед осуществлением вышеописанного цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля, т.е. перед вводом режущей части инструмента в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа, осуществляют ее очистку от микрочастиц обрабатываемого материала. Кроме того, в случае обнаружения в процессе оптико-электронного контроля нарушения целостности режущей части инструмента и/или ее износа выше технологически допустимой величины, программно осуществляют замену инструмента в автоматическом режиме, а определение величины ΔZ, в процессе осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля, регламентирующей текущую коррекцию управляющей программы по координате Z, осуществляют по отношению к вершине вновь установленного режущего инструмента. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ формирования дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы на автоматизированном гравировальном программно-аппаратном комплексе, при котором осуществляют главное формообразующее относительное перемещение инструмента и поверхности функционального слоя металлографской формы, для чего используют функционирующую посредством управляющей программы трехкоординатную XYZ исполнительную систему относительного перемещения инструмента, отличающийся тем, что перед началом технологического процесса режущий инструмент посредством исполнительной системы перемещают в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа, фиксируют его режущую часть в стационарной контрольной позиции и программно регистрируют вертикальную координату Z₁ вершины инструмента относительно базовой плоскости с координатой Z₀, причем в качестве базовой плоскости используют поверхность функционального слоя металлографской формы, при этом координату Z₀ программно регистрируют одновременно с регистрацией координаты Z₁, например, посредством использования встроенного в исполнительную систему индуктивного или лазерного датчика, причем величину константы ΔZ_const=Z₁-Z₀ вносят в банк данных управляющей программы на время осуществления данного технологического процесса, а с помощью управляющей программы исполнительной системы перемещения в процессе технологического цикла через регламентированные промежутки времени программно осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль износа режущей части инструмента и текущей регламентируемой температурными деформациями узлов исполнительной системы, в частности шпинделя, а также непосредственно режущего инструмента, координаты Z_т его вершины относительно базовой плоскости - координаты Z₀, для этого осуществляют подъем режущего инструмента из текущей рабочей позиции и перемещают его в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа в позицию, соответствующую вышеупомянутой стационарной исходной позиции, далее программно регистрируют величину ΔZ_т=Z_т-Z₀, сравнивают величину ΔZ_т с величиной ΔZ_const, осуществляют временную коррекцию управляющей программы по координате Z на величину ΔZ=ΔZ_т-ΔZ_const, после чего программно обеспечивают возврат инструмента в рабочую позицию; при этом перед осуществлением вышеописанного цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля, перед вводом режущей части инструмента в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа осуществляют ее очистку от микрочастиц обрабатываемого материала, причем в случае обнаружения в процессе оптико-электронного контроля нарушения целостности режущей части инструмента и/или ее износа выше технологически допустимой величины программно осуществляют замену инструмента в автоматическом режиме, а определение величины ΔZ в процессе осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля, регламентирующей текущую коррекцию управляющей программы по координате Z, осуществляют по отношению к вершине вновь установленного режущего инструмента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые промежутки времени, через которые осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль режущей части инструмента, программно регламентируют по заданной величине изменения градиента температуры соответствующих узлов исполнительной системы, в частности, шпинделя и непосредственно режущего инструмента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку режущей части инструмента осуществляют путем обеспечения контакта ее поверхности с пластичным материалом, обладающим высокими адгезионными свойствами по отношению к обрабатываемому материалу.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей позиции режущего инструмента в процессе его возврата после осуществления цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля используют одну из текущих позиций инструмента, предшествующих позиции вышеупомянутого подъема инструмента в цикле осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля.