Оптоэлектронное устройство измерения силовых деформаций станин прецизионных координатно-расточных станков

Авторы патента:

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно - к высокоточному станкостроению, и может быть использовано в прецизионных координатно-расточных станках. Сущность изобретения заключается в том, что оптоэлектронное устройство измерения силовых деформаций станин станков, состоящее из источников параллельных лучей модулированного света, измерительного и опорного, ряда диафрагм приемников параллельных лучей модулированного света, и усилителей, отличающееся тем, что параллельные лучи модулированного света, измерительный и опорный, расположены по обе боковые стороны станины, и включающие зеркала полного отражения, микропроцессорную систему и аналогово-цифровые преобразователи сравнения для каждого луча. Технический результат изобретения состоит в возможности измерения деформаций изгиба и кручения станин, прецизионных координатно-расточных станков.

Известен способ [1] в котором реализовано устройство обнаружения и измерения деформаций при помощи двух параллельных лучей модулированного света. Один луч измерительный, проходит через ряд диафрагм, расположенных на пути его следования на исследуемой поверхности. Другой луч опорный, минует диафрагмы. На принимающей стороне оба луча сравниваются по величине интенсивности света и косвенно определяется деформация исследуемой поверхности. Недостатком этого способа является то, что устройство позволяет оценивать только деформации изгиба поверхности.

Целью настоящего изобретения является измерение деформаций изгиба и кручения станин, прецизионных координатно-расточных станков, возникающих под действием сил веса подвижных узлов.

Данная цель достигается за счет того, что в предлагаемом оптоэлектронном устройстве измерение силовых деформаций станин прецизионных координатно-расточных станков производятся с двух боковых сторон станины, и включающие зеркала полного отражения, микропроцессорную систему и аналогово-цифровые преобразователи сравнения для каждого луча.

На фиг.1 показан общий вид прецизионного координатно-расточного станка. Станок состоит из станины 1, установленной на три опорные точки 2 относительно фундамента подвижной стойки 3 стола с установленной на нем заготовкой 4. Устройство содержит источники параллельных лучей модулированного света 5, отклоняющие на 90° зеркала полного отражения 6, диафрагмы 7, приемники света 8, а так же не показанные на фиг.1 усилители и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для каждого отдельного луча и микропроцессорную систему.

На фиг.2 показан вид станка сверху. С двух сторон по контуру станины устанавливаются источники параллельных лучей модулированного света 5 и приемники света 8 напротив опор, а так же зеркала 6 и диафрагмы 7, как показано на фиг.1 и фиг.2. Два верхних луча света по обе стороны станины проходят сквозь отверстия диафрагм 7. Два нижних луча света попадают на зеркала полного отражения 6, минуя диафрагмы 7 непосредственно на приемники света 8.

На фиг.3 показана структурная схема измерения силовых деформаций станины прецизионного координатно-расточного станка,

где: У - усилитель напряжения;

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь;

МПС - микропроцессорная система.

Двухзначными индексами обозначаются элементы разных лучей: первая цифра показывает направление лучей по боковой стороне станины (левой или правой; в любом порядке), вторая цифра показывает уровень луча по высоте: если 1 - нижний, если 2 - верхний луч.

Перед тем как произвести измерения деформаций сначала определяется разница интенсивностей излучений верхних и нижних пучков света без нагрузки (стойка 1 находится в крайнем дальнем положении по отношению к заготовке 4), так как пучок света, проходя через отверстия диафрагм 7, подвергается дифракции.

Так верхние и нижние лучи, попадая на приемники света, преобразуются в фототоки, а они в свою очередь в напряжения и с помощью аналогово-цифрового преобразователя в цифровую форму сигнала. После сравнения показаний сигналов по каждой стороне станины (показания интенсивности верхних лучей вычитаются из показаний интенсивности нижних лучей), разницы этих значений сохраняются в микропроцессорной системе.

Таким образом, будут получены разницы интенсивностей, в отсутствии нагрузки, приложенной к станине. После этого измеряются силовые деформации станины под действием нагрузки, приложенной подвижной стойкой. Стойку перемещают к заготовке на наиболее близкое расстояние. При этом могут происходить деформации изгиба и кручения станины и направляющих, по причине которых диафрагмы переместятся вниз.

При помощи микропроцессорной системы производят повторные измерения разницы интенсивностей лучей по обеим сторонам станины. Микропроцессорная система сохраняет повторные измерения и вычисляет разницу показаний между измерениями без нагрузки и измерениями с нагрузкой. Полученные новые две разницы показаний интенсивности по обеим сторонам станины будут пропорциональны изгибным деформациям У1 и У2 (на фиг.2 показаны развернутыми на горизонтальную плоскость) боковых поверхностей станины и соответственно деформациям продольного участка направляющих станины.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять не только деформации изгиба станины, но и деформации кручения. Позволяет определить угол закручивания станины стойки от действия силовых факторов через разницу измеренных показаний У1 и У2. Если эти показания одинаковые, то в станине существуют только изгибные деформации, которые одинаковы для обеих направляющих.

ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ

1. Пат. 64065 PL, МПК G01B 5/30. Sposób elektrooptycznego wykrywania I pomiaru deformacji liniowych oraz ukiad pomiarowy do stosowania tego sposobu / Stanisiaw Lato, Jerzy Rodzynkiewicz 1968.

Оптоэлектронное устройство измерения силовых деформаций станин прецизионных координатно-расточных станков, состоящее из источников параллельных лучей модулированного света, измерительного и опорного, ряда диафрагм приемников параллельных лучей модулированного света и усилителей, отличающееся тем, что параллельные лучи модулированного света, измерительный и опорный, расположены по обе боковые стороны станины, включает зеркала полного отражения, микропроцессорную систему и аналогово-цифровые преобразователями сравнения для каждого луча.