CS261351B1

CS261351B1 - A method of providing the status of working tools with a line sensor matrix

Info

Publication number: CS261351B1
Application number: CS846691A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Doc Ing Csc Ehrenberger; Milan Ing Matuska
Original assignee: Zdenek Doc Ing Csc Ehrenberger; Matuska Milan
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS669184A1

Abstract

Řešení se týká oboru strojírenství, automatizovaných výrobních systémů a robotiky. Řeší se technický problém zjišťování stavu pracovních nástrojů. Podstata spočívá v tom, že pracovní nástroj se pohybuje vzhledem k jedné nebo víceřádkové senzorové matici pod jedním nebo více předem zvolenými charakteristickými zornými úhly, přičemž údaje o poloze pracovního nástroje ze souřadnicové soustavy pracovního stroje a výstupní signál řádkové senzorové matice jsou cyklicky vzorkovány a převáděný do číslicové formy, přičemž tento děj probíhá jak v době působení praoovního nástroje na pracovní předmět, tak mimo něj podle charakteru materiálu praoovního předmětu. Způsob spočívající v použití řádkové senzorové matice s pohybem nástroje vzhledem k ní v souřadnicové soustavě vlastního praoovního stroje, která může pracovat i ve vhodném multispektráln^m režimu, lze využít k průběžnému zjlštování geometrického, povrchově strukturálního i tepelného stavu pracovních nástrojů a styku s pracovním předmětem, stanovení okamžiku jejich výměny v automatizovaných a robotizovaných obráběcích centrech i všech typech automatizovaných výrobních celků s identifikací havarijních stavů.The solution relates to the field of mechanical engineering, automated production systems and robotics. The technical problem of determining the state of working tools is solved. The essence lies in the fact that the working tool moves relative to one or more row sensor arrays under one or more pre-selected characteristic viewing angles, while data on the position of the working tool from the coordinate system of the working machine and the output signal of the row sensor array are cyclically sampled and converted into digital form, while this process takes place both during the action of the working tool on the work object and outside it, depending on the nature of the material of the work object. The method consisting in using a row sensor matrix with the movement of the tool relative to it in the coordinate system of the actual working machine, which can also work in a suitable multispectral mode, can be used for continuous measurement of the geometric, surface structural and thermal state of working tools and contact with the work object, determining the moment of their replacement in automated and robotized machining centers and all types of automated production units with identification of emergency conditions.

Description

Vynález se týká způsobu zjištování stavu pracovních nástrojů řádkovou senzorovou maticí, kterým je dosažena jeho průběžná kontrola bezkontaktním způsobem, zjištění stupně opotře bení a včasné vyházení odpovídající skutečnému stavu nástroje a předepsanou normou.The invention relates to a method for detecting the state of working tools by means of a row sensor nut, by means of which it is continuously monitored in a non-contact manner, detecting the degree of wear and timely ejection corresponding to the actual state of the tool and prescribed standard.

Dosud známé způsoby vyřazování opotřebených pracovních nástrojů spočívaly na posouzení příslušným pracovníkem provádějícím obsluhu, což kromě možnosti náhodných chybných rozhodnutí zcela nevyhovuje v automatizovaných a robotizovaných obráběcích centrech. Řešení,spočívájící ve výměně nástroje po určité době předpokládané životnosti/vedlo na jedné straně k nevyužití jeho maximální životnosti a v případě předčasného opotřebení k výrobě zmetků, což představuje v obou případech značné ekonomické ztráty. Zařízení na principu kontaktního měření jsou nepříliš vyhovující pro značnou složitost, vysokou cenu, malou universálnost a poruchovost.Previously known methods of decommissioning worn tooling tools were based on the judgment of the appropriate operator, which, apart from the possibility of accidental erroneous decisions, is not entirely satisfactory in automated and robotized machining centers. On the one hand, the solution of replacing the tool after a certain life expectancy has led to a failure to utilize its maximum tool life and, in the case of premature wear, to reject production, which in both cases entails considerable economic losses. Contact measurement devices are not very suitable for considerable complexity, high cost, low versatility and failure rate.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem zjištování stavu pracovních nástrojů řádkovou senzorovou maticí, kde je dálkově bezkontaktně snímán pracovní nástroj z jednoho nebo více pro něj charakteristických zorných úhlů řádkovou senzorovou maticí v podobě jednoho nebo více plošných obrazů, které jsou následně digitalizovány a programově porovnány s etalonem prostředky výpočetní techniky podle vynálezu, jehož podstatou je, že pracovní nástroj se pohybuje vzhledem k jedné nebo více řádkové senzorové matici pod jedním nebo více předem zvolenými charakteristickými zornými úhly, přičemž údaje o poloze pracovního nástroje ze souřadnicové soustavy pracovního stroj a výstupní signál řádkové senzorové matice jsou cyklicky vzorkovány a převáděny do číslicové formy, přičemž tento děj probíhá jak v době působení pracovního nástroje na pracovní předmět, ‘ 261 351 tak mimo něj podle charakteru materiálu pracovního předmětu. Řádková senzorová matice pracuje i v odpovídajícím multispektrálním režimu podle povahy identifikace stavu pracovního nástroje a může pracovat v průběhu vlastního působení pracovního nástroje na opracovávaný předmět.The aforementioned drawbacks are eliminated by a method of detecting the status of working tools by a row sensor matrix, wherein the work tool is remotely contactlessly scanned from one or more viewing angles characterized by a row sensor matrix in the form of one or more area images. computer means according to the invention, characterized in that the working tool moves relative to one or more row sensor matrix under one or more preselected characteristic viewing angles, wherein the position data of the working tool from the machine coordinate system and the row sensor matrix output signal are cyclically sampled and transformed into digital form, this process taking place both at the time the work tool acts on the workpiece, and '261 351' for the workpiece material. The row sensor matrix also operates in the corresponding multispectral mode according to the nature of the tool tool identification and can work during the work tool's actual action on the workpiece.

Hlavní výhody použití řádkové senzorové matice ke zjištování stavu pracovních nástrojů podle tohoto vynálezu spočívají v dálkovém bezkontaktním měření, umožňujícím průběžnou kontrolu stavu a stupně opotřebení pracovního nástroje a sledování geometrických, povrchově strukturálních i tepelných příznaků určujících jeho vyřazení. Kromě toho, že jde o plně automatizovaný proces nutný k plnému využití automatizovaných a robotizovaných obráběcích center, vylučující náhodné chyby způsobené lidským činitelem, dochází k úplné úspoře pracovních sil jinak nutných na kontrolu stavu pracovních nástrojů a ke snížení výrobních nákladů, nebot pracovní nástroje jsou využity až do úplného fyzického opotřebení a v případě jejich předčasného opotřebení nebo poškození dojde okamžitě k výměně, čímž se zabrání výrobě zmetků, což má velký vliv zvláště u rozměrných a složitých obrobků či obrobků z drahých materiálů. Pokud jedna řádkových senzorových maticí pracuje v infračerveném spektru, může vyhodnotit i tepelný režim pracovního nástroje i stykového bodu s obrobkem i v procesu vlastního obrábění.The main advantages of using the row sensor nut to determine the state of the working tools of the present invention are remote non-contact measurements allowing continuous monitoring of the state and degree of wear of the working tool and monitoring of geometrical, surface-structural, and thermal characteristics indicating its rejection. In addition to being a fully automated process required to make full use of automated and robotized machining centers, eliminating accidental human error, the workforce otherwise required to control the status of the work tools is reduced and production costs are reduced as the work tools are used. up to complete physical wear and in the event of premature wear or damage they are replaced immediately, thus avoiding the production of scrap, which has a great effect especially on large and complex workpieces or workpieces made of expensive materials. If one row sensor matrix operates in the infrared spectrum, it can also evaluate the thermal mode of the working tool and the contact point with the workpiece as well as in the actual machining process.

Řádková senzorová matice dálkově bezkontaktně snímá pracovní nástroj , a to podle jeho složitosti pod jedním nebo více zornými úhly. Vzájemná poloha televizní kamery a kontrolovaného pracovního nástroje je definována souřadnicovou soustavou, ve které se řádková senzorová matice, pracovní nástroj nebo oba pohybují. Výhodně je využit pohyb vlastního pracovního nástroje řízeného přímo obráběcím strojem, který s pracovním nástrojem najede do zorného pole televizní kamery pevně zaměřené na okraj prostoru dosažitelného pohybem nástroje, čímž je definovaný souřadnicový systém vzájemné polohy řádkové senzorové matice - pracovní nástroj dán pouze souřadnicovým systémem vlastního obráběcího stroje. Pokud nástrojem nelze otáčet a je nutný pohled z více zorných úhlů, je možné použít pro každý úhel pohledu samostatnou pevně zaměřenou řádkovou senzorovou matici, nebot tím se odstraní nutnost jejího mechanického pohybu v definovanémThe row sensor matrix remotely senses the working tool remotely according to its complexity at one or more viewing angles. The relative position of the television camera and the work tool to be controlled is defined by the coordinate system in which the row sensor matrix, the work tool, or both move. Advantageously, the movement of its own working tool controlled by the machine tool is used, which moves the working tool into the field of view of a television camera fixed at the edge of the space reachable by the movement of the tool. machinery. If the tool cannot be rotated and a view from multiple angles is required, a separate fixed row sensor matrix can be used for each viewing angle, as this eliminates the need for mechanical movement within the defined

2β1 351 souřadnicovém systému. Plošné obrezy jimy nesnímané se digitalizují a programové zpracují prostředky výpočetní techniky, zejména na bázi mikropočítačů, tak že se porovnávají s etalonem, a to podle metod extrakčních procedur používaných v identifikaci a rozpoznávání ve vizuálních podsystémech automatického zpracování optických informací. Přesno%, měření je limitována rozlišovací schopností řádkové senzorové matice. Příkladem jednoduchého uspořádání, dosahujícího vysoké přesnoti, je pevné umístění dvou řádkových senzorových matic opatřených objektivem tak, že jedna snímá pracovní nástroj z pohledu shora a druhá z pohledu z boku. Obráběcí stroj najede s pracovním nástrojem na okraj pracovního prostoru, kde jsou umístěné řádkové senzorové matice s objektivy a začne se posunovat nejlépe kolmým směrem na řádkové senzorové matice. Získáme tak dva plošné obrazy pod různým zorným úhlem, jejichž rozlišovací schopnost ve vertikálním směru určuje posun obráběcího stroje, který tak nahrazuje vertikální rozklad ve srovnání s televizní kamerou, a 7 horizontálním počet prvků řádkové senzorové matice, kterých je v provedení již jako monolitického integrovaného obvodu na bázi nábojově vázaných struktur, až několik tisíc. Takto lze dosáhnout přesnosti měření řádově až na mikrometry, což vyhovuje nejen stanovení již malého opotřebení, ale i potřebám velmi přesného obrábění. Protože optická snímací soustava :^?(řádková senzorová matice s objektivem) je pevně uchycena v definovaném bodě a pohyb nástroje řídí vlastní obráběcí stroj, lze kontrolovat i přesnost uchycení pracovního nástroje. I při těchto vysokých parametrech je montáž snadná, nebot spočívá v pevném přichycení a zaměření optické soustavy na obráběcím stroji, který zůstává bez úprav, pouze se z jeho řídicího systému vyvedou souřadnicové údaje o poloze nástroje, přičemž číslicové řídicí systémy obráběcích strojů na bázi mikropočítačů mohou kontrolu pracovního nástroje výše uvedeným způsobem samy provést dodáním programového vybavení a vstupu pro řádkovou senzorovou matici. Ve speciálních případech se může řádková senzorová matice pohybovat souběžně s pracovním nástrojem, čímž kontinuálně sleduje jeho stav v provozu a v případě poškození ihned reaguje na havarijní situaci nebo je-li použita infračervené kamera, indikuje přehřátí pracovního nástroje a zároveň i stykové2β1 351 coordinate system. Area images not captured by them are digitized and programmatically processed by means of computer technology, in particular based on microcomputers, by comparison with a standard, according to the extraction procedure methods used for identification and recognition in the visual subsystems of automatic optical information processing. Exactly%, the measurement is limited by the resolution of the row sensor matrix. An example of a simple, high-precision arrangement is the fixed positioning of two row sensor nuts provided with a lens such that one senses the working tool from above and the other from the side. The machine tool moves with the working tool to the edge of the working space, where the row sensor nuts with lenses are located and begins to move best perpendicular to the row sensor nuts. This gives two surface images at different viewing angles, the resolution of which in the vertical direction determines the displacement of the machine tool, thus replacing the vertical decomposition compared to the television camera, and the 7 horizontal number of row sensor matrix elements already implemented as a monolithic integrated circuit. based on charge-bound structures, up to several thousand. In this way, measurement accuracy of up to micrometers can be achieved, which satisfies not only the determination of low wear but also the needs of very precise machining. Since the optical scanning ^system:? (row sensor matrix with lens) is fixed at a defined point and tool movement controls the machine tool itself, it is also possible to check the accuracy of work tool attachment. Even at these high parameters, assembly is easy, since it consists in firmly attaching and aligning the optical system to the machine tool, which remains unchanged, only the coordinate data of the position of the tool is drawn from its control system. to perform the tool inspection as above by supplying the software and input for the row sensor matrix. In special cases, the row sensor matrix can move parallel to the work tool, continuously monitoring its condition in operation and responding immediately to an emergency in the event of damage, or if an infrared camera is used, it indicates overheating of the work tool as well as

261 351 obrábění plochy obrobku, což by negativně ovlivnilo jeho vlastnosti zejména u některých slitin např. v leteckém průmyslu. Dále jsou možné kombinace jedné nebo více řádkových senzorových matic, přičemž další kombinace tvoří způsoby pohybu vzhledem k pracovnímu nástroji a možnost mul ti spektrálního režimu.261 351 machining of the workpiece surface, which would negatively affect its properties especially in some alloys, eg in the aerospace industry. Further, combinations of one or more row sensor matrices are possible, wherein the other combinations form modes of movement relative to the work tool and multi-spectral mode capability.

Práce v barevném spektru umožňuje identifikovat povrchově strukturální' stav nástroje, černobílá kamera postačuje pro kontrolu geometrických rozměrů a případně trhlin na nástroji.Working in the color spectrum makes it possible to identify the surface-structural state of the tool, a black-and-white camera is sufficient to check the geometric dimensions and possibly the cracks on the tool.

Pro danou aplikaci lze stanovit odpovídající nejvhodnější kombinaci.The appropriate most appropriate combination can be determined for a given application.

Použití řádkové senzorové matice ke zjištování stavu pracovních nástrojů podle vynálezu je vhodné do plně automatizo-!vaných obráběcích center, pružných výrobních systémů, kde maxiv málně využívá životnost pracovního nástroje a zabraňuje zmetkovitosti při jeho předčasném opbtřebení nebo nevhodném pracovním režimu, a u všech universálních číslicově obráběcích strojů s automatickou výměnou nástroje.The use of a row sensor nut to determine the state of the working tools according to the invention is suitable for fully automated machining centers, flexible manufacturing systems where maximum use of the working tool life and avoiding scrap in premature wear or unsuitable working mode and all universal numerical machining tools machines with automatic tool change.

Claims

A method for determining the status of working tools by a row sensor matrix, wherein the working tool is contactlessly scanned in the form of one or more area digitized images from which the required parameters are identified programmatically (computer resources) and the respective working tool states are identified. the tool moves relative to one or more row sensor matrices under one or more preselected characteristic viewing angles, wherein the tr tool position data from the machine coordinate system and the row sensor matrix output signal are cyclically sampled and converted to digital form, the process takes place both during and outside the work tool,. according to the nature of the work item material.

2. A tool detection method according to claim 1, characterized in that the row sensor matrix operates in the multispectral mode.