Лазерные системы с продольной и поперечными наводками

К группе с продольной наводкой относятся лазерные измерительные системы, работающие по принципу лу­чевой скобы, настроенной на номинальный размер кон­тролируемой детали, и вырабатывающие управляющий сигнал при достижении в процессе изготовления детали заданного размера.

В Японии разработана лазерная установка для изме­рения диаметра цилиндрических деталей при обработке на токарных станках (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Лазерная установка для контроля диаметра де­талей на токарных станках

Излучение лазера 5, пройдя систему зеркал и призм ABCD, направляется на обрабатываемую деталь 1. Часть светового потока, прошедшая по касательной к поверх­ности контролируемой детали, отклоняется под углом к основному потоку 8 и оптическими системами 2 направ­ляется на фотоприемники 3, выходной сигнал 4 которых соответствует размерному отклонению диаметра изде­лия d. Система контролирует диаметр детали в различных сечениях.

Настройка на номинальное значение размера осу­ществляется дифференциальным винтом 7 с помощью микродвигателя 6. Предел измерения 0... 200 мм, по­грешность системы ±10 мкм.

Недостатки системы: невозможность применять при резании с СОЖ и относительно высокая стоимость.

В Швеции разработана следующая адаптивная ла­зерная система активного контроля к токарным и шли­фовальным станкам (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Лазерная измерительная система со сканирующей лучевой скобой

Размеры детали контролируются двумя пульсирую­щими лазерными пучками, которые как бы образуют лучевую скобу. Излучение лазера 1 проходит электрооп­тический дефлектор 2, преобразуется светоделителем 3 в три параллельные пучка, которые, в свою очередь, про­ходят прерыватель 4 в виде вращающегося диска с от­верстиями и становятся пульсирующими. Два пучка направляются системой призм 5 так, что проходят по касательным в двух противоположных точках сечения обтачиваемой цилиндрической детали 6, а третий про­ходит вне скобы, образуемой двумя первыми, и являет­ся опорным. При отклонении диаметра от номинального значения фотоприемник 8 с помощью конденсатора 7 регистрирует изменение оптического сигнала в течение полуоборота детали. Выходные сигналы фотоприемника поступают на вход электронного измерительного и управляющего устройства 9. Оптическая скоба настраи­вается на номинальный размер дифференциальными винтами 10 с помощью 11. Индикация величины размерных отклонений производится на циф­ровом табло 12 через задающие каналы a,b,c,d.

Существенными недостатками устройств, рабо­тающих по принципу лучевой скобы, являются гро­моздкость измерительной системы, не позволяющая установить измерительный преобразователь непосред­ственно в зоне резания; запаздывание измерительной информации и влияние на точность измерения стружки и СОЖ. Поэтому такие системы применяют для меж­операционного технологического контроля.

Другая группа бесконтактных лазерных систем ак­тивного контроля для токарных станков с ЧПУ постро­ена на основе измерительных преобразователей, дей­ствующих по принципу оптических приборов попереч­ной наводки (пример таких приборов - двой­ной микроскоп Линника и его фотоэлектрические анало­ги). В настоящее время разработаны измерительные устройства, предназначенные для контроля износа и тепловых деформаций режущего инструмента, и прибо­ры активного контроля размеров обрабатываемой дета­ли.

Рассмотрим лазерный ПАК, действующий по прин­ципу поперечной наводки (рис. 8.3), который был разра­ботан в Японии.

Рис. 8.3. Функциональная схема лазерного ПАК, действующего по принципу поперечной наводки

Излучение гелий-неонового лазера 1 направляется к поверхности контролируемой детали 3 со стороны резца через оптическую систему 2. Отраженный световой по­ток воспринимается оптической системой 4 измеритель­ного устройства и направляется на фотоприемник 5, вы­полненный из фоторезисторов, включенных по мостовой схеме, причем два из них образуют дифференциальный фотодетектор, а два других используются для темпера­турной компенсации. Измерительный преобразователь устанавливают на станке со стороны режущего инстру­мента. Угол между зондирующей и измерительной ветвью составляет 8°.

Последующие блоки системы активного контроля предназначены для аналогового и аналого-цифрового преобразования измерительной информации (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Лазерный измерительный преобразователь для

контроля износа и тепловых деформаций резца

Сигнал с мостовой схемы фо­топриемника 5 через фильтр 6 поступает на сумматор 7, на который также подается сигнал схемы компенсации 8, учиты­вающий нестабильности харак­теристик отражения контроли­руемых деталей. Выходной сиг­нал сумматора подается на вход 2-канального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), форми­рующего импульсы коррекции поперечной подачи режущего инструмента. Каждый из каналов АЦП содержит схему блокировки 10, компаратор 11, формирователь 12 и генератор импуль­сов 13; кроме того, имеется общий источник опорного напряжения 14. В зависимости от знака разности опор­ного напряжения Е₀ и напряжения на выходе Е_х от од­ного из генераторов 13 в систему ЧПУ 17 поступают им­пульсы коррекции подачи инструмента "назад" 15 и "вперед" 16. При этом система ЧПУ станка обеспечивает коррекцию поперечной подачи суппорта с резцедержате­лем 18 с учетом знака и величины отклонения размера контролируемой детали.

Недостатком систем, работающих по принципу по­перечной наводки, - запаздывание измеритель­ной информации и влияние на точность контроля, кроме силовых и тепловых деформаций детали, изменения кривизны ее поверхности, что особенно проявляется при обработке ступенчатых и фасонных деталей. Использо­вание таких систем для автоматического контроля раз­меров показало положительные результаты при контро­ле гладких жестких валов и отсутствии повышенных требований по быстродействию.

Дата добавления: 2014-01-07