Датчик положения кромки режущего инструмента Советский патент 1990 года по МПК G01B11/00 B23Q35/04 

,Ь

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.

8

L

ON О ON 00 СЛ hO

та

иг.1

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 отра- . жающей гранью. Боковые части блоков представляют собой прямоугольные призмы 7-и 6, 9 и 10 с гипотенузными отража- юЩ Ими гранями, примыкающие соответственно к призмам 5 и 8 катет; ми гранями и развернутые относительи(1 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 произ- водительности и точности контроля путем обеспечения его проведения непосредственно во время технологических переходов и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а также расширение технологи- ческих возможностей датчика путем обеспечения расширения номенклатуры контролируемых инструментов.

На фиг. 1 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 приз- менными 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, оптическую скобу 4, состоящую из двух встроенных призменных блоков, образованных соответственно призмами 5-7 и 8- 10, прямоугольную отражательную призму 11 и фотоприемник 12.

Центральная часть первого по ходу из- лучения строенного призменного блока представляет собой куб-призму 5 с полупрозрачной диагональной плоскостью, втопризм 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.

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 90°: 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 указанном на фиг. 1 направлении смещается в плоскости XOZ в положительном направлении оси OZ до крайнего положения, определяемого размерами призмы 2 и коэффициентом преломления стекла. Затем после прохождения ребра призмы 2 через оптическую ось исходного луча выходящее из 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 куйа-призмы 5 излучение отклоняется на призму 6, отражается от ее гипотенузной грани м выходит из первого призменного блока вверх по направлению оси OY, сканируя 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-сканатору2 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 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 и YOZ суанка, на котором установлен датчик. При этом на выходе фотоприемника 12 образуется последовательность прямоугольных импульсов (фиг. 3). Время г нахождения сигнала Ui(t) на верхнем уровне определяется шириной tz щелевой диафрагмы 3 (фиг. 1). Подбором Iz скважность импульсов 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. В зависимости оттипа инструмента и его назначения он может вращаться или находиться в определенном угловом положении. Перемещаясь вдоль координатных осей станка,.инструмент частично перекрывает своей режущей кромкой (кромками) световую полоску 13 или 14, в результате чего импульсы на выходе фотоприемника искажаются. Характер искажения может иметь форму, представленную импульсами U2(t) или из(т) (фиг. 3). В обоих случаях меняется спектр сигнала, в том числе и амплиту да, приходящаяся на основную частоту, и время пребывания сигнала на уровне, большем некоторого заранее установленного значения Do.

Схема отработки сигнала фотоприемника может быть основана на использовании узкополосного фильтра,настроенного на основную частоту или кратную ей, или на определении длительности пребывания сигнала на уровне, более высоком, чем пороговый уровень Uo. В любом случае на выходе схемы отработки сигнала может -быть

сформирован сигнал в момент касания кромкой инструмента световой полоски 13 или 14 (фиг. 2), Этот сигнал вводится в систему ЧПУ станка, где определяются дейст- 5 вительные координаты X или Z кромки инструмента, сравниваются со значениями, установленными по программе, после чего вырабатывается команда на корректировку координат или замену инструмента. 0 Датчик устройства может быть выполнен из двух частей. Одна, выключающая лазер, призму-сканатор, щель и фотоприемник, может быть выполнена отдельного блоха, устанавливаемого вне зоны 5 обработки станка. Вторая (оптическая скоба) устанавливается вблизи зоны обработки и имеет оптическую связь с первой. Информационная связь между двумя частями датчика производится по лазерному лу- 0 чу.

Контроль кромки режущего инструмента предложенным датчиком положения может производиться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях непосредст- 5 венно во время технологических переходов, что повышает производительность и точность контроля, а возможность контроля кромок всей номенклатуры режущих инструментов расширяет технологические воз- 0 можности датчика.

Формула изобретения 1. Датчик положения кромки режущего 35 инструмента, предназначенный для установки на станке вблизи зоны обработки и содержащий источник излучения, оптическую систему и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения 0 производительности и точности контроля, а также расширения технолргических возможностей датчика путем обеспечения расширения номенклатуры контролируемых инструментов, оптическая система выпол- 5 нена 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 0 фотоприемник расположен в обратном ходе излучения за призмой-сканатором.

15

Фиг.2

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 приз- мой-сканатором и первым блоком скобы - взаимно параллельно.

и,

шп

Фиг.З