Измерительные щупы для привязки заготовок

Настройка, измерение, и функции контроля могут быть выполнены вручную или по управляющей программе в автоматическом режиме.

Измерительный щуп может устанавливаться в шпиндель или револьвер как вручную, так и благодаря сменщику инструмента. В зависимости от функционала и возможностей системы управления, они могут автоматически выполнять следующие операции:

• выравнивание заготовки относительно базовой оси;

• привязка нулевой точки детали;

• измерение обработанной геометрии;

• реинжиниринг или контроль 3D-поверхностей.

Измерительные наконечники щупов, могут состоять из разных материалов, в основном сталь, керамика, углеволокно. На вершине наконечника расположена сфера из синтетического рубина обладающая высокой твердостью и износостойкостью, она и участвует в контакте измеряемой поверхностью заготовки или обработанной детали. Длины наконечников, как и радиусы сфер подбираются по те технологические задачи, которые предстоит выполнить, у производителей щупов как правило они представлены в широчайшем спектре.

Все измерительные щупы отличаются по способу передачи сигнала касания в систему управления, в связи с чем их можно поделить на две группы: проводные и беспроводные.

Проводные щупы не так широко распространены в обрабатывающих центрах. В основном это оборудование без автоматической смены инструмента. Так как они соединены физически проводом с системой управления (рис. 1). Для проведения наладки или измерения оператору нужно установить щуп в шпиндель или револьвер и соединить проводной разъем для связи щупа с системой управления. После чего можно осуществлять измерения.

Беспроводные щупы имеют более широкое распространение, так как физически они ничем не связаны с системой ЧПУ (рис. 2). Они применяются на обрабатывающих центрах с автоматической сменой инструмента. Отсутствие проводов позволяет убрать их в магазин станка и вызвать вручную или по управляющей программе в автоматическом режиме для осуществления замеров или наладки. Данные о касание щупа поверхности заготовки передаются по инфракрасному или радиоканалу на приемник, а тот, в свою очередь, передает эту информацию в систему управления.

Инфракрасный и радио канал имеют ряд особенностей, для эффективной работы щупа на обрабатывающем центре (при предельном расстоянии от щупа до приемника до семи метров) рекомендуется использовать инфракрасный канал, так как он в десять раз быстрее радиоканала и не подвержен высокочастотным шумам и наводкам. Радио канал прекрасно подходит для обрабатывающих центров в который расстояние от щупа до приемника от семи до пятнадцати метров (иногда более).

Очень важным показателем является точность и повторяемость измерительных щупов. Для стандартного щупа она ≤ 5 мкм, а повторяемость 2ẟ ≤ 1 мкм, если говорить про щупы повышенной точности, то 2ẟ ≤ 0,25 мкм, а точность ≤ 1 мкм. Такие высокие показатели точности обеспечиваются конструкцией измерительного щупа, на сегодняшней день в мире довольно много производителей данных щупов, визуально они друг на друга похожи, но принцип их работы несколько отличается. Сегодня на рынке существуют щупы разными чувствительными элементами, которые по своей сути и генерят сигнал касания. Наиболее широкое распространение получили резистивные, тензометрические и оптические.

Принцип работы измерительного щупа с резистивным сенсором заключается в следующем, подвес щупа опирается на три точки опоры (рис. 3).

Каждая из опор в подвесе имеет цилиндрическую форму, равный диаметр и длину, опираются опоры они на шесть одинаковых сфер, тем самым каждая из опор имеет контакт в двух точках. Благодаря этим контактам формируется электрическая цепь, при касании щупом заготовки он отклоняется, пятно контакта изменяется, и периферийная электроника в щупе отслеживает изменение сопротивления. Именно это является спусковым механизмом для генерации сигнала касания и передачи от щупа к приемнику.

Важным показателем является повторяемость возвраста отклоненного наконечника в исходное состояние, это фактор, влияющий на точность и повторяемость щупа, для этого повес подпружинен, с целью обеспечения противосилы и возврата отклоненного наконечника в исходное состояние с высокой повторяемостью. Данные щупы обладают точностью ≤ 5 мкм и повторяемость 2ẟ ≤ 1 мкм.

Отличительной особенностью щупов в которых применяется тензометрия является очень высокая точность и повторяемость, а также минимальное усилие срабатывания. Как и описывалось ранее, в щупе установлен подпружиненный подвес и система тензодатчиков, которые в свою очередь преобразуют величину деформации в удобный для измерения электрический сигнал (рис. 4). Данные щупы обладают повторяемостью 2ẟ ≤ 0,25 мкм и точность ≤ 1 мкм. Применение тензометрии в измерительных щупах усложняет конструкцию, что в результате влияет на стоимость щупа.

Щупы с оптическим сенсором, это еще одна запатентованная технология измерения в основе ее работы лежит фотоэлектрический метод считывания сигнала касания (рис. 5). Аналогично технологиям, описанным ранее, для обеспечения высокой повторяемости возврата в исходное положение данный щуп имеет подпружиненный подвес, и в отличии от щупов с технологией тензометрии, данный щуп имеет бесконтактный метод считывания, что в свою очередь существенно влияет на срок службы щупа. Пучок света, производимый диодом, попадает на систему линз, которая фокусирует его и передает на фотосчитывающий элемент. Вместе с отклонением наконечника щупа перемещается пучок света в этот момент фотосчитывающий элемент генерирует электрический ток, который в свою очередь будет являться сигналом касания. Как правило данные щупы обладают точностью ≤ 5 мкм и повторяемость 2ẟ ≤ 1 мкм.

Несмотря на то, что стоимость измерительных щупов довольно велика, если сравнивать ее со стоимостью центроискателя или индикатора, вложенные средства очень быстро себя оправдывают при автоматизированных привязках заготовок или промежуточном контроле и измерении обработанной геометрии в автоматическом режиме по управляющей программе, без участия человека. Они существенно позволяют повысить точность обработки и сократить вспомогательное время наладки.