Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматизированные координатные измерения резцов на основе CAD-модели. Учебное пособие
.pdf
измерения обработанной детали, служащей эталоном для измерительной голов-
ки, установленной на станке. В результате обработки обеспечивается соот-
ветствующее сопряжение внутреннего диаметра с наружным непосредственно на
станке.
В подавляющем большинстве случаев погрешность копировальной
обработки зависит от точности профиля копиров, поэтому повышению точности
копировальной обработки способствует изготовление копиров с высокой точно-
стью профиля. Однако на практике профиль копиров до сих пор проверяли
путем сравнительного измерения штангенрейсмусом и иглой либо методом
визуального контроля с помощью калиберной дощечки, что затрудняло определение точности профиля при копировальной обработке.
В основу управления точностью профиля копиров в ряде станков положен
принцип измерения, использованный в трехкоординатной измерительной
машине «Тейпесентер». Это облегчает предэксплуатационную проверку профи-
ля копиров, дает возможность производить предварительную размерную кор-
рекцию за счет цифрового управления точностью, позволяет организовать
эффективную систему контроля точности профиля копиров.
Метод получения трехмерных цифровых изображений сложных конструк-
тивных компонентов разработан в Великобритании. В этом методе тактильный
датчик и алгоритмы обработки тактильной информации на ЭВМ применяются в
роботах с сенсорной обратной связью. В качестве датчика - щупы, широко
используемые при контроле изделий на трехкоординатных измерительных
машинах. Обработка тактильных данных разделяется на две операции: получе-
ние контуров компонентов объекта вместе со всей необходимой количественной
информацией и связывание этих контуров в последовательное структурное опи-
сание.
Для измерения перемещений подвижных частей станков с ЧПУ широко
применяют линейные и угловые индуктивные преобразователи - индуктосины,
представляющие синусно-косинусные бесконтактные измерительные преобразо-
31
ватели, имеющие погрешность 5 и 15' соответственно, и преобразователь линей-
ных перемещений с погрешностью от 2 до 5,5; от 5 до 22; от 9 до 54 мкм в
зависимости от интервала координатного перемещения. Диапазон линейных
перемещений зависит от числа стыкуемых 250-мм линеек. Обычно он составляет
(в зависимости от класса) до 3200, 8000, 20000 мм.
Необходимость стыковки линеек являлась серьезным препятствием для
повышения точности измерения больших ходов подвижных частей станков. В
настоящее время уже созданы индуктосины с ленточными шкалами.
Датчики положения в роботах предназначены для решения трех задач:
определения собственного местоположения подвижного элемента робота,
геометрических размеров объекта манипулирования и расстояния до него.
Для установления местоположения подвижных частей промышленных
роботов (например, схвата) наибольшее распространение получили электроме-
ханические и фотоэлектрические (кодовые) датчики. В качестве электромехани-
ческих датчиков служат индуктивные и индукционные преобразователи,
многооборотные потенциометры, синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, сельсины и др.
Время преобразования для кодовых датчиков положения меньше, чем для
дискретных, что позволяет использовать их в системах группового управления
роботами и в контурных системах с малым временем обработки на каждую
координату. Наибольшее распространение получили датчики с кодовыми диска-
ми и фотоэлектрической системой преобразования информации. Входным воз-
действием является угол, выходным - кодовый сигнал, преобразуемый затем в
двоичный код для обеспечения совместимости с ЭВМ.
Для измерения расстояния до объекта в роботах обычно используют
бесконтактные системы: оптические, ультразвуковые. Например, в одном из ва-
риантов оптической системы угол поворота зеркала находится в прямой зависи-
мости от времени работы синхронного электродвигателя. По углу поворота
32
зеркала вычисляется расстояние до поверхности детали, причем тем точнее, чем
больше база между зеркалом и фотодатчиком.
Наибольшее число задач локации объекта манипулирования может быть
решено с помощью электромагнитных и акустических дальномеров. Для
измерения малых расстояний до токопроводящих объектов (от 0 до 10 мм) мож-
но использовать вихретоковые датчики (измеряют расстояние ± 2,5 мм с относи-
тельной погрешностью 5 %), для расстояний от 10 до 20 и от 100 до 10000 мм ультразвуковые дальномеры.
Датчики геометрических размеров. Оптический измеритель размеров
(ОИР) на базе линейных приборов с зарядовой связью (ПЗС) разработан специ-
ально для использования в составе роботизированных технологических ком-
плексов. Характерной особенностью ОИР, связанной со структурой, позволяю-
щей представить контролируемый размер числом импульсов, является незави-
симость от таких дестабилизирующих факторов, как температура, питающие
напряжения, изменения освещенности и т.д. В сочетании с высокой эксплуата-
ционной надежностью (практически неограниченным сроком службы, малыми
габаритами и массой, низкими питающими напряжениями, высокой жесткостью)
они обеспечивают точность и надежность телевизионной измерительной систе-
мы.
Принцип работы ОИР основан на измерении изменений пространственно-
го положения теневой проекции краев контролируемого изделия относительно
базы известного размера. Результаты метрологических испытаний ОИР показа-
ли, что максимальная погрешность измерений составляет ± 1 бит, что при
масштабе 1,5x1 соответствует абсолютной погрешности ± 0,01 мм, а при мас-
штабе 3x1 - ± 0,005 мм. Минимальный размер контролируемых деталей
ограничен размером объективов и составляет 40 мм, максимальный - 200 мм
(ограничен длиной стоек). Расположение видеокамер на разных стойках и по-
вышение жесткости стоек позволяют расширить диапазон в обе стороны.
33
Датчики давления (усилий, деформаций). Наибольшее распространение
получили датчики, основанные на использовании тензорезистивного эффекта.
Перспективными для робототехники являются следующие структуры: кремний
на кремнии и кремний на сапфире, позволяющие достичь высокой точности (по-
грешность 0,1 %) в широком диапазоне температур.
В последние годы разработаны встречно-штыревые преобразователи
(ВШП), напыляемые на поверхность пьезокристалла или пьезопленки. Их работа
основана на использовании зависимости частоты и скорости распространения
поверхностных акустических волн (ПАВ) от деформации упругого элемента.
Хотя тензорезистивный эффект освоен давно и широко используется в технике,
не прекращается поиск новых материалов и конструктивных решений.
Датчики изображения (распознавания) и системы технического
зрения (СТЗ). Эти датчики, обеспечивающие зрительное восприятие внешней
среды, уже несколько десятилетий с успехом применяют для контроля обстанов-
ки на производстве в опасных для человека зонах. Воспринимаемая ими инфор-
мация передается на пульт оператора. Для ГАП требуется автоматическая
переработка зрительной информации вычислительной машиной с целью распо-
знавания образа и принятия решения программными средствами без подключе-
ния человека.
Применение СТЗ обеспечивает адаптивное управление автоматическим
манипулятором и роботом в процессе загрузки - разгрузки, сборки и взаимодействия с конвейером. Кроме того, оно позволяет упростить требования к зажим-
ным и ориентирующим устройствам и устройствам позиционирования деталей, а
в ряде случаев отказаться от них вовсе, что повышает гибкость системы.
1.9 Автоматическая контрольно-измерительная ячейка
В ряде случаев в ГПС более целесообразно и легче организовать специали-
зированную контрольно-измерительную ячейку, обеспечивающую выносной
34
контроль, чем контроль распределенный пооперационный и в зоне обработки. К
таким случаям относится контроль сложных изделий, например блока
цилиндров двигателя внутреннего сгорания, картера коробки перемены передач
или сверхбольшой интегральной схемы, а также выходной контроль для готовой
продукции, являющейся предметом поставки. Поскольку контрольноизмерительная ячейка создается для контроля готовой продукции, то состав ячейки
определяется видом производимой продукции и формируется, как правило, на базе
универсальных измерительных машин.
К измерительным машинам предъявляются следующие требования:
простота обслуживания, оптимальная доступность, высокая точность измерения
и воспроизведения, небольшое время процесса измерения, автоматизированный
метод измерения, управление процессом измерения при помощи ЭВМ.
Все измерительные машины предусматривают работу в трех режимах:
ручном, полуавтоматическом и автоматическом.
С помощью переносного пульта управления для ручного обслуживания,
часто повторяющиеся программы измерения (программы определения контакт-
ных щупов, расчетного выравнивания детали в пространстве и плоскости,
определения плоских, сферических, цилиндрических или конических поверхно-
стей, компонующие программы) могут быть вызваны из базы данных ЭВМ.
Вычислительное устройство автоматически распознает направление ощу-
пывания, ось и плоскость измерения и может различать внутренние и внешние
контуры. Все измеренные значения адресуются и записываются. В любое время
их можно обрабатывать с другими результатами, а также использовать для обра-
зования новых геометрических элементов. Для измерения зубчатых колес, кулач-
ковых валов, кривых и изогнутых пространственных поверхностей имеются спе-
циальные программы.
Управление при помощи вычислительного устройства позволяет работать
в автоматическом режиме с высокой точностью и производительностью. По-
средством обучающей программы при измерении первой детали производится
35
программирование, соответствующее данной детали, и затем последующие
детали измеряются по уже составленной программе в автоматическом режиме.
Результаты измерений представляются на дисплее и дублируются
печатающим устройством или на графопостроителе.
Основным измерительным элементом измерительной машины являются
щуповые головки. Они имеют возможность перемещаться в вертикальном и
горизонтальном направлениях, а также совершать вращательное движение. Та-
кая подвижность обеспечивает измерение и контроль всех отверстий и уступов,
горизонтальных, наклонных и вертикальных поверхностей.
Трехкоординатными измерительными машинами обычно комплектуются
измерительные ячейки выходного контроля. В измерительных ячейках, осуществ-
ляющих пооперационный контроль, можно использовать большинство контроль-
но-измерительных автоматов. Эти автоматы создаются с учетом возможности
встраивания их в технологические цепочки. Управление автоматами
осуществляется от ЭВМ.
В последнее время производители оборудования для автоматизации произ-
водства освоили выпуск контрольно-измерительных роботов, предназначенных для
встраивания в технологические линии. Часть моделей таких роботов имеют изме-
рительные схваты, использующие индуктивные и тактильные датчики. Основным
преимуществом таких конструкций является исключение затрат времени на
контроль за счет того, что измерение выполняется одновременно с операцией
перемещения детали.
1.10 Контрольные вопросы
1 Какие основные элементы включены в структуру средств автоматизиро-
ванного контроля?
2 Как подразделяются средства активного контроля?
3 Перечислите области применения средств активного контроля?
36
4 Какое назначение имеют средства автоматического контроля в ГПС?
5 Расскажите о структуре построения средств автоматического контроля
для ГПС и станков с ЧПУ?
6 Расскажите о режимах функционирования САК?
7 Какие первичные измерительные преобразователи применяются в ГПС?
8 Что такое автоматическая контрольно-измерительная ячейка?
37
2 Автоматизированные измерения резцов с использованием
координатно-измерительной машины
2.1 Импорт геометрической модели
Для измерения геометрических параметров резца в автоматическом
режиме, прежде всего, в любой из доступных систем геометрического моделиро-
вания в масштабе 1:1 по отношению к реальному объекту необходимо подготовить твердотельную или поверхностную CAD-модель резца. При этом для по-
строения модели требуется использовать результаты измерений резца в ручном
режиме, полученные на предыдущем шаге [3].
Подготовленную модель далее необходимо сохранить в файл нейтрального
формата ACIS (расширение *.sat) или IGES (расширение *.igs) и загрузить ее в
базу данных текущей детали (Work piece). При этом для работы желательно ис-
пользовать новую (пустую) базу данных детали, которая может быть создана с
помощью меню кнопки «Metrosoft Button» , вызываемого путем щелчка
левой кнопкой мыши по указанной кнопке интерфейса. В этом меню следует
задействовать пункты «Создать» и «Work piece», после чего в последовательно
появляющихся диалоговых окнах задать номер детали и связанного с ним
измерения (Measurement).
Загрузка CAD-модели в базу данных детали так же производится при
помощи меню кнопки «Metrosoft Button», для чего в нем нужно выбрать пункты
«Import» и «Модель САПР» (рисунок 2.1). Это приведет к появлению диалогового
окна «Import (convert) CAD models», изображенного на рисунке 2.2 и содержащего
ряд кнопок. Для добавления модели здесь необходимо нажать соответствующую
кнопку «Добавить», а затем в стандартном окне открытия файлов указать
требуемый файл модели.
38
В результате указанный файл будет автоматически перенесен в специаль-
ный каталог программы (о чем свидетельствует соответствующий пункт в поле
«Модели САПР») и подготовлен для загрузки в базу данных детали. Непосред-
ственная загрузка модели будет произведена после нажатия на кнопку «OK». В
случае ее успешного завершения в графической зоне программы появится изоб-
ражение геометрической модели резца.
Рисунок 2.1 – Меню кнопки «Metrosoft Button»
Рисунок 2.2 – Диалоговое окно «Import (convert) CAD models»
39
2.2 Выравнивание геометрической модели
После загрузки CAD-модели в текущую базу данных измерений необхо-
димо выполнить процедуру ее выравнивания [4]. Указанная процедура заключа-
ются в создании системы координат, связанной с реальной деталью (в данном
случае – резцом) и одновременном совмещении с этой системой координатной
системы CAD-модели. Необходимость выравнивания объясняется тем, что при
загрузке CAD-модели начало ее системы координат по умолчанию помещается в
центр калибровочной сферы, в то время как для выполнения измерений она
должна быть связана с реальной деталью, положение и ориентация которой в
системе координат машины в общем случае неизвестны.
Для того чтобы создать новую систему координат детали необходимо
предварительно выполнить ряд измерений ее геометрических элементов, через
которые может быть определена эта система. Так как в данном случае начало
координат системы CAD-модели расположено в точке пересечения трех ее
ортогональных плоскостей, совпадающих с координатными плоскостями, то для
построения новой системы координат детали требуется предварительно измерить
эти плоскости (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 – Поверхности, определяющие систему координат резца
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]