PL B1. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL INSTYTUT TECHNOLOGII EKSPLOATACJI. PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY, Radom, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01B 21/04 ( ) G05B 19/401 ( ) G05B 19/18 ( ) (54) Urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 03/08 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL INSTYTUT TECHNOLOGII EKSPLOATACJI. PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY, Radom, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/11 (72) Twórca(y) wynalazku: MACIEJ SZAFARCZYK, Warszawa, PL RAFAŁ WYPYSIŃSKI, Topólno, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Bożydar Piotrowski PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie, poprzez sprawdzanie dokładności pozycjonowania i poprawności zaprogramowanych torów ruchu. W przemyśle istnieje potrzeba sprawdzania dokładności pozycjonowania i trajektorii ruchów realizowanych w maszynach sterowanych numerycznie. W celu określenia niepewności położenia i ruchów w przestrzeni elementów wykonawczych maszyn stosowany jest zestaw diagnostyczny do pomiaru dokładności geometrycznej maszyn o co najmniej dwóch ruchach sterowanych numerycznie, wyposażony w teleskopowy pręt, zakończony przegubami kulistymi, tak zwany DBB (Double Ball Bar) opisany w patentowym europejskim opisie zgłoszeniowym nr EP A1. Pręt taki zawiera czujnik zmian jego długości, czyli zmian odległości między kulistymi przegubami przymocowanymi do elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny. Oba przeguby są mocowane w uchwytach magnetycznych, z których jeden jest przymocowany do nieobracającego się wrzeciona, a drugi do stołu centrum obróbkowego. Podczas badań elementy końcowe poruszają się względem siebie po okręgu, a sygnały z czujnika pręta, wskutek zmian promienia realizowanego ruchu po okręgu, czyli odchyłki od idealnego okręgu, są przekazywane do komputera, a następnie analizowane w celu określenia stanu technicznego maszyn i wykorzystywane do oceny poprawności geometryczno-ruchowej maszyny i poprawności działania jej układu sterującego. Znane są także urządzenia pomiarowe do określenia współrzędnych w przestrzeni trójwymiarowej, wykorzystujące przyrządy optyczne do pomiaru zmian długości pręta teleskopowego mocowanego przegubowo w określonych punktach pomiędzy elementem wykonawczym i korpusem obrabiarki. W opisie patentowym US do pomiaru zmiany długości pręta wykorzystano interferometr optyczny, mający źródło promieniowania, na przykład w postaci lasera, układ optyczny i detektor promieniowania na wyjściu układu optycznego połączony z komputerem. Odpowiedni układ jednego lub więcej pomiarowych prętów teleskopowych LBB (Laser Ball Bar) umożliwia określenie położenia punktu w płaskim lub przestrzennym niezależnym układzie współrzędnych. W polskim zgłoszeniowym opisie patentowym P określono metodę sprawdzania dokładności maszyn NC za pomocą urządzenia wyposażonego w pręt teleskopowy (mocowany do pary elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny poprzez przeguby kuliste), czujnik do pomiaru zmiany długości pręta, oraz przyrząd do pomiaru położenia kątowego pręta. Charakterystyczne do tego rozwiązania jest położenie osi pomiarowych enkoderów kątowych na wspólnej płaszczyźnie, co ułatwia zastosowanie przegubu Cardana. Zmiany długości pręta teleskopowego są rejestrowane za pomocą czujnika drutowego lub interferometru laserowego. Do pomiarów kąta zalecono enkodery optyczne lub głowice laserowe z naklejonymi na tarczach taśmami z podkładką. Urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie, wyposażone w sztywny pręt zamocowany do pary elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny poprzez przegub kulisty, czujnik pomiaru przemieszczenia pręta względem głowicy, oraz czujnik do pomiaru położenia kątowego pręta, charakteryzuje się tym, że jeden czujnik do pomiaru położenia kątowego osadzony jest w osi obrotu pionowego wałka w podstawie i mierzy obroty pionowego wałka połączonego z górnym korpusem, w którym obraca się poziomy wałek, którego obroty mierzy drugi czujnik do pomiaru położenia kątowego, osadzony w górnym korpusie, z którym połączona jest głowica czujnika przemieszczeń liniowych mierząca przemieszczenia sztywnego pręta. Natomiast czujnik przemieszczeń liniowych stanowi głowica i przesuwający się w niej sztywny pręt, którego jeden koniec zamocowany jest za pomocą kulistego przegubu, do magnetycznego uchwytu, zaś drugi koniec może się swobodnie przemieszczać, a równolegle do pręta pomiarowego umieszczono co najmniej jedną prowadnicę liniową, którą stanowi prowadnica i wózek, przy czym wózek jest nieruchomy, a jeden koniec prowadnicy jest połączony z kulistym przegubem, zaś drugi z przeciwległym końcem czujnika przemieszczeń liniowych za pomocą łączników. Natomiast czujnik pomiarowy określający przemieszczenia liniowe pręta stanowi kulkowy liniowy enkoder z głowicą, a pierwszy i drugi czujnik pomiaru kąta stanowią enkodery, korzystnie pierścieniowe enkodery optyczne. Zgodnie z wynalazkiem uzyskano zwiększenie przestrzeni pomiarowej urządzenia poprzez umożliwienie przesuwania pręta w głowicy. Umieszczenie pomiaru kąta obrotu wokół osi pionowej w podstawie znacznie uprościło konstrukcję i pozwoliło na wykorzystanie większych pierścieni - o większej dokładności.

3 PL B1 3 Wynalazek jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok ogólny urządzenia do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie w ujęciu perspektywicznym, a fig. 2 fragment rozbudowanej wersji urządzenia z górnym korpusem, czujnikiem pomiaru przemieszczeń liniowych, jednym enkoderem kątowym i dodatkową prowadnicą, w widoku perspektywicznym. Urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie wyposażone jest w podstawę 1, w której obraca się pionowy wałek 2a, połączony z górnym korpusem 2. W górnym korpusie 2 znajduje się poziomy wałek 3, który może się obracać. Z poziomym wałkiem 3 połączona jest głowica 8 czujnika pomiaru przemieszczeń liniowych, wewnątrz której przesuwa się sztywny pręt 8a czujnika, zakończony z jednej strony kulistym przegubem 5, zaś z drugiej swobodnym końcem. Kulisty przegub 5 jest mocowany w uchwycie narzędziowym za pomocą magnetycznego uchwytu 4. Z pionowym wałkiem 2a jest połączony pierścień kątowego enkodera 7a, którego obrót jest mierzony przez pomiarową głowicę 7, zaś z poziomym wałkiem 3 jest połączony pierścień kątowego enkodera 6a, którego obrót jest mierzony przez pomiarową głowicę 6. W celu poprawienia sztywności układu i zabezpieczenia przed obrotem pręta 8a czujnika przemieszczeń liniowych możliwe jest zastosowanie dodatkowego prowadzenia w postaci prowadnicy 9a, prowadzonej w wózku prowadnicy 9, pręt 8a jest wtedy łączony z prowadnicą 9a za pomocą łączników 10. Po zamocowaniu podstawy 1 urządzenia na stole lub łożu obrabiarki sterowanej numerycznie, oraz kulistego przegubu 5 poprzez magnetyczny uchwyt 4 we wrzecionie obrabiarki, głowicy lub uchwycie narzędziowym, dokonywany jest pomiar przemieszczenia pręta 8a względem głowicy 8, zamocowanej nieruchomo do poziomego wałka 3. Równocześnie dokonywany jest pomiar położenia kątowego w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyznach za pomocą dwóch czujników pomiaru kąta stanowiących enkodery pierścieniowe, w których strumień światła wysyłany przez laserowe głowice 6 i 7 pada na taśmy optyczne pierścieni 6a i 7a, wraca do głowicy i generuje sygnały określające zmiany położenia kątowego odpowiednich wałków, z którymi pierścienie są połączone. Sygnały te, oraz sygnał czujnika pomiarowego przemieszczenia pręta 8a w głowicy 8, są przekazywane do układu pomiarowego komputera i przetwarzane według określonego programu badawczego do użytecznej postaci na przykład przeliczane na współrzędne kartezjańskie. Poprzez porównanie zmierzonego położenia jednego z elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny z położeniem zadanym układu sterowania numerycznego centrum obróbkowego, można uzyskać przestrzenną dokładność maszyny sterowanej numerycznie w wybranym punkcie sferycznego płata wyznaczonego ograniczeniami wynikającymi z uwarunkowań konstrukcyjnych. W przypadku osiągnięcia przez urządzenie położenia zabronionego, nastąpi rozłączenie kulistego przegubu 5 z magnetycznym uchwytem 4. Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do pomiaru dokładności maszyn sterowanych numerycznie, wyposażone w sztywny pręt zamocowany do pary elementów końcowych struktury geometryczno-ruchowej maszyny poprzez przegub kulisty, czujnik pomiaru przemieszczenia pręta względem głowicy oraz czujnik do pomiaru położenia kątowego pręta, znamienne tym, że jeden czujnik do pomiaru położenia kątowego osadzony jest w osi obrotu pionowego wałka /2a/ w podstawie /1/, i mierzy obroty pionowego wałka /2a/ połączonego z górnym korpusem /2/, w którym obraca się poziomy wałek /3/, którego obroty mierzy drugi czujnik do pomiaru położenia kątowego, osadzony w górnym korpusie /2/, z którym połączona jest głowica /8/ czujnika przemieszczeń liniowych, mierząca przemieszczenia sztywnego pręta /8a/. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że czujnik przemieszczeń liniowych stanowi głowica /8/ i przesuwający się w niej sztywny pręt /8a/, którego jeden koniec zamocowany jest za pomocą kulistego przegubu /5/, do magnetycznego uchwytu /4/, zaś drugi koniec może się swobodnie przemieszczać. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że równolegle do pręta pomiarowego umieszczono co najmniej jedną prowadnicę liniową, którą stanowi prowadnica /9a/ i wózek /9/, przy czym wózek jest nieruchomy a jeden koniec prowadnicy jest połączony z kulistym przegubem /5/, zaś drugi z przeciwległym końcem czujnika przemieszczeń liniowych za pomocą łączników /10/. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że czujnik pomiarowy określający przemieszczenia liniowe pręta stanowi kulkowy liniowy enkoder /8a/ z głowicą /8/.

4 4 PL B1 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwszy i drugi czujnik pomiaru kąta /6/ i /6a/ oraz /7/ i /7a/ stanowią enkodery. 6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 5, znamienne tym, że pierwszy i drugi czujnik pomiaru kąta stanowią pierścieniowe enkodery optyczne. Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)