ITUB20154142A1 - CONTACT MEASUREMENT PROBE AND ITS METHOD FOR DIMENSIONAL AND / OR POSITION AND / OR PROFILE MEASUREMENT OF A MECHANICAL PIECE - Google Patents
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Description
"SONDA DI MISURA A CONTATTO E RELATIVO METODO PER LA MISURA DIMENSIONALE E/O DI POSIZIONE E/O DI PROFILO DI UN PEZZO MECCANICO" "CONTACT MEASURING PROBE AND RELATIVE METHOD FOR THE DIMENSIONAL AND / OR POSITION AND / OR PROFILE MEASUREMENT OF A MECHANICAL PART"
SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR
La presente invenzione riguarda un metodo per la misura dimensionale e/o di posizione e/o di profilo di un pezzo meccanico mediante un'apparecchiatura che include una sonda di misura a contatto con un involucro e uno stelo mobile rispetto all'involucro, che comprende i passi di provocare movimenti mutui, ad una velocità di spostamento sostanzialmente costante, tra la sonda e il pezzo meccanico, fornire segnali relativi alla posizione della sonda rispetto all'apparecchiatura, fornire un segnale di deflessione continuo, indicativo della deflessione dello stelo, campionare tale segnale in modo da ottenere dei campioni, ed elaborare le misure in base ai segnali relativi alla posizione della sonda rispetto all'apparecchiatura. The present invention relates to a method for the dimensional and / or position and / or profile measurement of a mechanical piece by means of an apparatus which includes a measuring probe in contact with a casing and a stem movable with respect to the casing, which comprises the steps of causing mutual movements, at a substantially constant speed of movement, between the probe and the mechanical piece, providing signals relating to the position of the probe with respect to the equipment, providing a continuous deflection signal, indicative of the deflection of the stem, sampling such signal in order to obtain samples, and process the measurements based on the signals relating to the position of the probe with respect to the equipment.
L'invenzione riguarda anche una sonda di misura a contatto, per misurare un pezzo meccanico. La sonda comprende: un involucro e uno stelo mobile rispetto all'involucro con un tastatore per toccare il pezzo meccanico, un dispositivo analogico di rilevamento atto a fornire un segnale di deflessione continuo indicativo della deflessione dello stelo, e un'unità di elaborazione, connessa al dispositivo analogico di rilevamento, atta a ricevere e campionare il segnale di deflessione per ottenere dei campioni. The invention also relates to a contact measuring probe, for measuring a mechanical part. The probe comprises: a casing and a stem movable relative to the casing with a feeler for touching the mechanical piece, an analog sensing device adapted to provide a continuous deflection signal indicative of the deflection of the shaft, and a processing unit, connected to the analog detection device, suitable for receiving and sampling the deflection signal to obtain samples.
La presente invenzione trova vantaggiosa ma non esclusiva applicazione nel controllo di precisione del profilo di pezzi meccanici, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. The present invention finds advantageous but not exclusive application in the precision control of the profile of mechanical parts, to which the following description will make explicit reference without thereby losing generality.
ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART
Sonde o teste di controllo del tipo a contatto sono dispositivi di misura noti e largamente utilizzati ad esempio in macchine utensili a controllo numerico per la misura e/o il controllo della dimensione, della posizione e del profilo di pezzi meccanici in lavorazione. Contact type probes or control heads are known measuring devices widely used for example in numerically controlled machine tools for measuring and / or controlling the size, position and profile of mechanical pieces being machined.
Una sonda di misura del tipo a contatto è generalmente dotata di uno stelo, mobile rispetto ad un involucro fisso e connesso ad almeno un sensore che fornisce segnali indicativi della deflessione dello stelo stesso, e un'unità di elaborazione che elabora i segnali in uscita dal sensore e genera un segnale di variazione indicativo del contatto tra la sonda e il pezzo meccanico che viene trasmesso, via cavo o via etere, al controllo numerico della macchina utensile. Il controllo numerico, in funzione del segnale di variazione ricevuto, rileva segnali relativi alla posizione mutua fra sonda e superficie del pezzo e li elabora per ricavare informazioni sulla posizione della superficie del pezzo rispetto alla macchina utensile. Le informazioni ricavate vengono poi opportunamente processate dal controllo numerico stesso o da un elaboratore elettronico allo scopo di ottenere la misura richiesta. Nella pratica, l'affidabilità della misura ottenuta è tanto maggiore quanto più è preciso e ripetibile il ritardo con cui viene generato il segnale di variazione rispetto all'istante di contatto, ovvero l'istante nel quale avviene l'effettivo contatto fra sonda e pezzo. A measuring probe of the contact type is generally equipped with a stem, movable with respect to a fixed casing and connected to at least one sensor that provides signals indicative of the deflection of the stem itself, and a processing unit that processes the output signals from the sensor and generates a variation signal indicative of the contact between the probe and the mechanical piece which is transmitted, via cable or over the air, to the numerical control of the machine tool. The numerical control, as a function of the variation signal received, detects signals relating to the mutual position between the probe and the surface of the piece and processes them to obtain information on the position of the surface of the piece with respect to the machine tool. The information obtained is then suitably processed by the numerical control itself or by an electronic processor in order to obtain the required measurement. In practice, the reliability of the measurement obtained is greater the more precise and repeatable is the delay with which the variation signal is generated with respect to the instant of contact, i.e. the instant in which the actual contact between the probe and the piece takes place. .
Sono noti nell'arte sonde e metodi di misura che consentono di ottenere un'elevata precisione e ripetibilità del ritardo introdotto. A seconda delle modalità con cui operano, si possono distinguere sonde a rilevamento di contatto, che toccano un pezzo meccanico in una sequenza discreta di punti in corrispondenza dei quali vengono effettuati i rilevamenti, e sonde a scansione, che toccano e mantengono il contatto con il pezzo meccanico per eseguire una scansione e rilevare l'intero profilo. Nella pratica, mentre le sonde a rilevamento di contatto trovano larga applicazione nelle misure dimensionali e di posizione, le sonde a scansione vengono maggiormente utilizzate per misurare pezzi meccanici complessi, ovvero quando è necessario o almeno preferibile che il dispositivo di misura esegua una scansione dell'intero profilo del pezzo, ad esempio per misure di rugosità, concentricità e circolarità. Probes and measurement methods are known in the art which allow to obtain a high precision and repeatability of the delay introduced. Depending on the modality in which they operate, it is possible to distinguish contact detection probes, which touch a mechanical piece in a discrete sequence of points at which the detections are made, and scanning probes, which touch and maintain contact with the mechanical piece to scan and detect the entire profile. In practice, while contact detection probes are widely used in dimensional and position measurements, scanning probes are mostly used to measure complex mechanical parts, i.e. when it is necessary or at least preferable that the measuring device performs a scan of the entire profile of the workpiece, for example for roughness, concentricity and circularity measurements.
Una sonda a rilevamento di contatto, quale quella descritta ad esempio nel brevetto europeo numero EP 1880163 Bl, è dotata di uno o più sensori che danno luogo a segnali indicativi della deflessione dello stelo, e di un processore che riceve i segnali in uscita dai sensori e genera un segnale di trigger quando tale deflessione raggiunge una condizione di innesco, ad esempio eccede un prefissato valore di soglia. In teoria, il valore di soglia determina in maniera ripetibile l'istante in cui viene generato il segnale di trigger. Nella pratica, il processore campiona a intervalli di tempo predefiniti i segnali in uscita dai sensori e confronta i campioni con il prefissato valore di soglia. E' altamente improbabile che anche solo uno di tali campioni abbia un valore uguale al valore di soglia, ossia che il processore campioni esattamente nell'istante di contatto anche solo uno dei segnali indicativi della deflessione dello stelo. Più verosimilmente, il contatto viene rilevato in corrispondenza di un campione il cui valore è maggiore del valore di soglia, cioè quando è ormai trascorso un ritardo non trascurabile, incognito e in generale variabile nei punti della suddetta sequenza discreta, dall'istante di contatto vero e proprio. A probe with contact detection, such as that described for example in the European patent number EP 1880163 B1, is equipped with one or more sensors which give rise to signals indicative of the deflection of the rod, and with a processor which receives the output signals from the sensors and generates a trigger signal when said deflection reaches a trigger condition, for example it exceeds a predetermined threshold value. In theory, the threshold value repeatably determines the instant in which the trigger signal is generated. In practice, the processor samples the output signals from the sensors at predefined time intervals and compares the samples with the predetermined threshold value. It is highly unlikely that even just one of these samples has a value equal to the threshold value, ie that the processor samples even just one of the signals indicative of the stem deflection exactly at the instant of contact. More likely, the contact is detected in correspondence with a sample whose value is greater than the threshold value, i.e. when a not negligible delay, unknown and generally variable in the points of the aforementioned discrete sequence, has elapsed, from the instant of true contact. is exactly.
Con riferimento, invece, ad una sonda a scansione come quella descritta ad esempio nella domanda di brevetto internazionale pubblicata con il numero WO 92/20996 Al, nel corso di un ciclo di misura il controllo numerico muove la sonda verso una superficie del pezzo da misurare e, quando il tastatore tocca tale superficie, continua a fare avanzare la sonda per un breve periodo di tempo prima di arrestarne il movimento. In conseguenza del tocco, lo stelo subisce una deflessione che innesca la lettura simultanea, che si protrae per tale breve periodo di tempo, del segnale in uscita dalla sonda e dei segnali relativi alla posizione mutua fra sonda e pezzo. Un elaboratore elettronico calcola la relazione tra i segnali letti e ne estrapola i valori nel punto di deflessione nulla, in modo da avere un'indicazione della posizione dello stelo nell'Istante di contatto, ricavare in maniera nota la posizione della superficie del pezzo nello stesso istante e ottenere la misura richiesta. Nella pratica, la lettura simultanea dei segnali richiede che i riferimenti temporali della sonda a scansione e della macchina utensile siano costantemente in relazione tra loro, ed è necessaria una complessa e frequente procedura di calibrazione sia della sonda che della macchina utensile, perché queste ultime siano coordinate tra loro. With reference, on the other hand, to a scanning probe such as the one described for example in the international patent application published with the number WO 92/20996 A1, during a measurement cycle the numerical control moves the probe towards a surface of the piece to be measured. and, when the probe touches this surface, it continues to advance the probe for a short period of time before stopping its movement. As a consequence of the touch, the stem undergoes a deflection which triggers the simultaneous reading, which lasts for such a short period of time, of the signal output from the probe and of the signals relating to the mutual position between the probe and the piece. An electronic processor calculates the relationship between the signals read and extrapolates the values in the point of zero deflection, in order to have an indication of the position of the rod at the instant of contact, obtain in a known way the position of the surface of the piece in the same instant and obtain the required measurement. In practice, the simultaneous reading of the signals requires that the time references of the scanning probe and of the machine tool are constantly in relation to each other, and a complex and frequent calibration procedure is necessary for both the probe and the machine tool, for the latter to be coordinated with each other.
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione è fornire un metodo estremamente preciso ed affidabile per la misura e il controllo di caratteristiche dimensionali, geometriche e di profilo di pezzi meccanici mediante una sonda di misura del tipo a contatto, che sia facile da implementare e superi i limiti dell'arte nota. The purpose of the present invention is to provide an extremely precise and reliable method for the measurement and control of dimensional, geometric and profile characteristics of mechanical parts by means of a contact-type measuring probe, which is easy to implement and exceeds the limits of known art.
Questo ed altri scopi sono raggiunti da un metodo di controllo descritto nella rivendicazione 1 allegata. This and other purposes are achieved by a control method described in the attached claim 1.
Il vantaggio principale di un metodo secondo la presente invenzione consiste nella possibilità di calcolare un ritardo preciso e ripetibile tra il riferimento temporale della sonda e quello della macchina utensile. Si ha pertanto l'ulteriore vantaggio di ricostruire in maniera semplice e accurata il sincronismo tra le uscite della sonda e quelle della macchina utensile, indipendentemente ad esempio dagli errori dovuti all'eventuale rimbalzo della sonda di contatto che misura il pezzo meccanico. The main advantage of a method according to the present invention consists in the possibility of calculating a precise and repeatable delay between the time reference of the probe and that of the machine tool. There is therefore the further advantage of reconstructing in a simple and accurate way the synchronism between the probe outputs and those of the machine tool, independently, for example, of errors due to any bounce of the contact probe which measures the mechanical piece.
Ulteriore scopo della presente invenzione è fornire una sonda di misura del tipo a contatto, precisa ed affidabile, che implementi un metodo secondo la presente invenzione e sia facile ed economica da realizzare. A further object of the present invention is to provide a measuring probe of the contact type, precise and reliable, which implements a method according to the present invention and is easy and economical to carry out.
Questo ed altri scopi sono raggiunti da una sonda di misura descritta nella rivendicazione 10 allegata. This and other purposes are achieved by a measurement probe described in the attached claim 10.
Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue. Further objects and advantages of the present invention will become clear from the detailed description which follows.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano forme di attuazione esemplificative e non limitative, dei quali: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which represent exemplary and non-limiting embodiments thereof, of which:
- la figura 1 mostra in maniera schematica un'apparecchiatura per la misura e il controllo di un pezzo meccanico secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, con alcuni particolari omessi per chiarezza; Figure 1 schematically shows an apparatus for measuring and checking a mechanical piece according to an embodiment of the present invention, with some details omitted for clarity;
- la figura 2 rappresenta l'andamento estremamente semplificato in funzione del tempo di un segnale generato all'interno dell'apparecchiatura mostrata in figura 1; Figure 2 represents the extremely simplified trend as a function of time of a signal generated inside the apparatus shown in Figure 1;
- la figura 3 rappresenta l'andamento estremamente semplificato in funzione del tempo di segnali equivalenti che possono essere generati all'interno dell'apparecchiatura mostrata in figura 1, ciascun segnale corrispondendo ad una diversa velocità di spostamento; e Figure 3 represents the extremely simplified trend as a function of time of equivalent signals that can be generated inside the apparatus shown in Figure 1, each signal corresponding to a different speed of movement; And
- la figura 4 rappresenta l'andamento estremamente semplificato in funzione del tempo del segnale generato all'interno dell'apparecchiatura mostrata in figura 1, in un intervallo temporale diverso da quello mostrato in figura 2. - figure 4 represents the extremely simplified trend as a function of the time of the signal generated inside the apparatus shown in figure 1, in a time interval different from that shown in figure 2.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
La figura 1 illustra schematicamente un'apparecchiatura IO per la misura e il controllo di dimensioni e/o di posizione e/o di profilo di un pezzo W meccanico. L'apparecchiatura può essere una macchina destinata esclusivamente alla misura oppure una macchina utensile dove il pezzo W è lavorato, e comprende un elemento di riferimento 12 destinato a posizionare e riferire il pezzo W meccanico, un dispositivo di supporto 14 adatto a supportare una sonda 1 di misura a contatto, ad esempio una sonda a scansione del tipo senza fili, ed un meccanismo di movimentazione 11 atto a provocare movimenti mutui tra la sonda 1 a scansione e il pezzo W meccanico. Un sistema di trasduttori di posizione 13, ad esempio righe ottiche, è connesso al meccanismo di movimentazione 11 per fornire segnali relativi alla posizione della sonda 1 rispetto all'apparecchiatura 10. Un controllo numerico 20 è connesso in modo noto sia al meccanismo di movimentazione 11 per comandarlo con adeguati segnali di comando e provocare i movimenti mutui, sia al sistema di righe ottiche 13 per leggere i segnali relativi alla posizione della sonda 1 rispetto all'apparecchiatura 10. Eventualmente, l'apparecchiatura 10 può includere ulteriori dispositivi, non mostrati in figura, per la trasmissione di segnali via etere dal controllo numerico 20 alla sonda 1, ad esempio per l'attivazione e/o disattivazione di circuiti a bordo sonda o per la programmazione di alcuni parametri, in modo noto e che non riguarda direttamente la presente invenzione. Figure 1 schematically illustrates an apparatus 10 for the measurement and control of dimensions and / or position and / or profile of a mechanical part W. The apparatus can be a machine intended exclusively for measurement or a machine tool where the piece W is machined, and comprises a reference element 12 intended to position and refer to the mechanical piece W, a support device 14 suitable for supporting a probe 1 of contact measurement, for example a scanning probe of the wireless type, and a movement mechanism 11 adapted to cause mutual movements between the scanning probe 1 and the mechanical part W. A system of position transducers 13, for example optical scales, is connected to the movement mechanism 11 to provide signals relating to the position of the probe 1 with respect to the apparatus 10. A numerical control 20 is connected in a known way both to the movement mechanism 11 to control it with suitable control signals and to cause mutual movements, both to the optical ruler system 13 to read the signals relating to the position of the probe 1 with respect to the apparatus 10. Optionally, the apparatus 10 can include further devices, not shown in figure, for the transmission of signals over the air from the numerical control 20 to the probe 1, for example for the activation and / or deactivation of circuits on the probe or for the programming of some parameters, in a known way and which does not directly concern the present invention.
La sonda 1 comprende un involucro e uno stelo 2, connesso in modo mobile all'involucro, con un tastatore 3 per toccare il pezzo W meccanico, e un dispositivo analogico di rilevamento 4 di tipo noto, ad esempio un trasduttore LVDT, atto a fornire un segnale di deflessione d continuo, indicativo della deflessione dello stelo 2 rispetto all'involucro. Un'unità di elaborazione 5, connessa al trasduttore 4, è atta a ricevere e processare il segnale di deflessione d, ad esempio campionario in maniera sostanzialmente continua, vale a dire con un periodo di campionamento ΔΤ5opportunamente determinato in modo da ottenere campioni del segnale di deflessione d il cui flusso possa essere di fatto considerato continuo durante almeno una misura. In particolare, il periodo di campionamento ΔΤ5dipende dalla specifica misura, ad esempio le misure di rugosità hanno requisiti di risoluzione molto stringenti per cui il periodo di campionamento ΔΤ5è più breve di quello usato per le misure di profilo, che hanno invece requisiti di risoluzione meno stringenti. In funzione dei campioni del segnale di deflessione d e di un prefissato valore di soglia U, un segnale di variazione viene generato mediante l'unità di elaborazione 5. In particolare, l'unità di elaborazione 5 è in grado di calcolare un ritardo di soglia ΔΤ tra un istante di intersezione TUfnon noto, in cui il segnale di deflessione d assume un valore pari al valore di soglia U, e un istante di campionamento che precede l'istante di intersezione Tu. Come verrà meglio descritto più avanti, l'istante di campionamento che precede l'istante di intersezione Tu corrisponde, ad esempio, ad un istante di campionamento immediatamente prima dell'istante di intersezione Tu. In funzione del ritardo di soglia ΔΤ, l'unità di elaborazione 5 definisce un istante di validazione Tve determina per esempio se il tastatore 3 della sonda 1, in seguito ai movimenti mutui di avvicinamento fra la sonda 1 e il pezzo W meccanico, ha toccato una superficie di quest'ultimo, per generare di conseguenza il suddetto segnale di variazione nell'istante di validazione Tv. The probe 1 comprises a casing and a stem 2, movably connected to the casing, with a feeler 3 for touching the mechanical part W, and an analog detection device 4 of a known type, for example an LVDT transducer, suitable for providing a continuous deflection signal d, indicative of the deflection of the stem 2 with respect to the casing. A processing unit 5, connected to the transducer 4, is adapted to receive and process the deflection signal d, for example sampling, in a substantially continuous manner, i.e. with a sampling period ΔΤ5 suitably determined so as to obtain samples of the deflection d whose flow can actually be considered continuous during at least one measurement. In particular, the sampling period ΔΤ5 depends on the specific measurement, for example the roughness measurements have very stringent resolution requirements for which the sampling period ΔΤ5 is shorter than that used for profile measurements, which instead have less stringent resolution requirements. . According to the samples of the deflection signal d and a predetermined threshold value U, a variation signal is generated by the processing unit 5. In particular, the processing unit 5 is able to calculate a threshold delay ΔΤ between an unknown intersection instant TUf, in which the deflection signal d assumes a value equal to the threshold value U, and a sampling instant preceding the intersection instant Tu. As will be better described later, the sampling instant preceding the intersection instant Tu corresponds, for example, to a sampling instant immediately before the intersection instant Tu. As a function of the threshold delay ΔΤ, the processing unit 5 defines a validation instant Tve determines for example whether the probe 3 of probe 1, following the mutual approach movements between probe 1 and the mechanical piece W, has touched a surface of the latter, to consequently generate the aforementioned variation signal in the instant of validation Tv.
Un sistema di trasmissione 6 è connesso all'unità di elaborazione 5 e, in seguito alla generazione del segnale di variazione, trasmette via etere un corrispondente segnale di trigger ad un ricevitore 21, posto a distanza dalla sonda 1 e connesso tramite un dispositivo di interfaccia 22 al controllo numerico 20 dell'apparecchiatura 10. Il segnale di trigger può essere ad esempio a frequenza ottica oppure a radiofrequenza e utilizzare tecnologie note quali Bluetooth® e Wi-Fi®. Il controllo numerico 20 riceve il segnale di trigger mediante il dispositivo di interfaccia 22 e comanda il meccanismo di movimentazione 11 con un segnale di arresto per fermare i movimenti mutui di avvicinamento fra la sonda 1 e il pezzo W meccanico e, eventualmente, con ulteriori segnali di comando per provocare altri movimenti mutui. A transmission system 6 is connected to the processing unit 5 and, following the generation of the variation signal, transmits over the air a corresponding trigger signal to a receiver 21, located at a distance from the probe 1 and connected by means of an interface device 22 to numerical control 20 of the equipment 10. The trigger signal can be, for example, optical frequency or radio frequency and use known technologies such as Bluetooth® and Wi-Fi®. The numerical control 20 receives the trigger signal by means of the interface device 22 and controls the movement mechanism 11 with a stop signal to stop the mutual approaching movements between the probe 1 and the mechanical piece W and, possibly, with further signals command to cause other mutual movements.
Il sistema di trasmissione 6 è atto a trasmettere via etere anche successivi campioni del segnale di deflessione d, cioè valori del segnale di deflessione d campionati dall'unità di elaborazione 5 della sonda 1 dopo l'istante di validazione Tv, assieme a relative coordinate temporali. Ciascuna delle relative coordinate temporali è indicativa di un istante di campionamento, che segue l'istante di validazione Tve a cui corrisponde uno dei successivi campioni del segnale di deflessione d. L'invio delle relative coordinate temporali permette di conoscere l'ordine nel tempo dei successivi campioni e di ripristinare la corretta successione anche nel caso di eventuali perdite. Il controllo numerico 20, in base ai segnali forniti dal sistema di righe ottiche 13 e tenendo conto di detti successivi campioni, elabora le misure dopo l'istante di validazione Tv. The transmission system 6 is able to transmit over the air also successive samples of the deflection signal d, i.e. values of the deflection signal d sampled by the processing unit 5 of the probe 1 after the instant of validation Tv, together with relative time coordinates. . Each of the relative temporal coordinates is indicative of a sampling instant, which follows the validation instant Tve to which one of the successive samples of the deflection signal d corresponds. The sending of the relative temporal coordinates allows to know the order in time of the following samples and to restore the correct sequence even in the case of any losses. The numerical control 20, on the basis of the signals supplied by the optical ruler system 13 and taking into account said subsequent samples, processes the measurements after the instant of validation Tv.
Di seguito è descritto un metodo per la misura e il controllo di dimensioni e/o di posizione e/o di profilo del pezzo W meccanico mediante l'apparecchiatura 10, in particolare una macchina utensile, con una sonda di misura a contatto, ad esempio la sonda 1 a scansione del tipo senza fili descritta sopra, per il controllo del profilo di una superficie del pezzo W meccanico. A method for measuring and checking the dimensions and / or position and / or profile of the mechanical workpiece W by means of the apparatus 10, in particular a machine tool, with a contact measuring probe, for example, is described below. the scanning probe 1 of the wireless type described above, for checking the profile of a surface of the mechanical workpiece W.
In una fase iniziale, il pezzo W meccanico è posizionato e riferito mediante l'elemento di riferimento 12 della macchina utensile 10, in modo che la superficie da controllare sia posta in una posizione generalmente distante dal tastatore 3 della sonda 1, che si trova in condizione di riposo. Il controllo numerico 20 comanda il meccanismo di movimentazione 11 con un segnale di comando, in particolare di attivazione, che provoca movimenti mutui di avvicinamento, ad una velocità di spostamento, in particolare di avvicinamento, sostanzialmente costante e in una direzione di approccio ad esempio normale alla superficie da controllare, tra la sonda 1 e il pezzo W meccanico. La velocità di avvicinamento e la direzione di approccio della sonda 1 sono grandezze predeterminate, che il controllo numerico 20 non deve necessariamente trasmettere all'unità di elaborazione 5 della sonda 1. In an initial phase, the mechanical piece W is positioned and referenced by means of the reference element 12 of the machine tool 10, so that the surface to be checked is placed in a position generally distant from the feeler 3 of the probe 1, which is located in resting condition. The numerical control 20 controls the movement mechanism 11 with a command signal, in particular an activation signal, which causes mutual approaching movements, at a substantially constant movement, in particular approaching speed, and in an approach direction, for example normal. to the surface to be checked, between the probe 1 and the mechanical piece W. The approach speed and the approach direction of the probe 1 are predetermined quantities, which the numerical control 20 does not necessarily have to transmit to the processing unit 5 of the probe 1.
In seguito a detti movimenti mutui di avvicinamento, il tastatore 3 tocca la superficie del pezzo W meccanico in un istante di contatto Tcnon noto a priori, e il meccanismo di movimentazione 11 continua per un dato periodo di tempo a fare avanzare la sonda 1 alla velocità di avvicinamento e nella direzione di approccio, per cui lo stelo 2 subisce una deflessione crescente e la sonda 1 abbandona la condizione di riposo. Il trasduttore 4 fornisce il segnale di deflessione d all'unità di elaborazione 5, che campiona tale segnale di deflessione d, determina se il tastatore 3 ha toccato la superficie del pezzo W meccanico e genera di conseguenza il segnale di variazione. Following said mutual approaching movements, the feeler 3 touches the surface of the mechanical piece W at an instant of contact Tc not known a priori, and the movement mechanism 11 continues for a given period of time to make the probe 1 advance at the speed approach and in the approach direction, whereby the stem 2 undergoes an increasing deflection and the probe 1 leaves the rest condition. The transducer 4 supplies the deflection signal d to the processing unit 5, which samples this deflection signal d, determines whether the feeler 3 has touched the surface of the mechanical part W and consequently generates the variation signal.
In figura 2 è rappresentato, con linea tratteggiata e in maniera estremamente semplificata, un andamento del segnale di deflessione d in funzione del tempo. Prima che il tastatore 3 tocchi la superficie da controllare, cioè quando lo stelo 2 non è deflesso e la sonda 1 si trova in condizione di riposo, il segnale di deflessione d non varia ed assume un valore di riposo RPCin pre-corsa. Negli istanti successivi all'istante di contatto Tc, il segnale di deflessione d presenta un fronte di salita che, in prima approssimazione, varia linearmente nel dato periodo di tempo in cui la sonda 1 continua ad avanzare. Più nel dettaglio, il segnale di deflessione d, dopo l'istante di contatto Tc, segue un andamento sostanzialmente lineare la cui pendenza, definita qui come "pendenza del segnale", è direttamente proporzionale alla deflessione crescente dello stelo 2, che dipende a sua volta dalla velocità di avvicinamento e dalla direzione di approccio della sonda 1. La figura 3, ad esempio, mette a confronto gli andamenti del segnale di deflessione d mostrato in figura 2 con quelli di un segnale di deflessione rapida d' e di un segnale di deflessione lenta d", relativi alla stessa direzione di approccio e velocità di avvicinamento della sonda 1 rispettivamente maggiore e minore di quella con cui è ottenuto il segnale di deflessione d. Figure 2 shows, with a dashed line and in an extremely simplified manner, a trend of the deflection signal d as a function of time. Before the feeler 3 touches the surface to be checked, ie when the stem 2 is not deflected and the probe 1 is in the rest condition, the deflection signal d does not vary and assumes a rest value RPC in pre-stroke. In the instants following the contact instant Tc, the deflection signal d has a rising edge which, as a first approximation, varies linearly in the given period of time in which the probe 1 continues to advance. More in detail, the deflection signal d, after the contact instant Tc, follows a substantially linear trend whose slope, defined here as "slope of the signal", is directly proportional to the increasing deflection of the stem 2, which depends on its time from the approach speed and the approach direction of probe 1. Figure 3, for example, compares the trends of the deflection signal d shown in Figure 2 with those of a rapid deflection signal d 'and a signal of slow deflection d ", relative to the same direction of approach and speed of approach of the probe 1 respectively greater and less than that with which the deflection signal d is obtained.
Dopo l'istante di contatto Tc, la pendenza del segnale di deflessione rapida d' è maggiore di quella del segnale di deflessione d, mentre la pendenza del segnale di deflessione lenta d" è minore di quella di entrambi i segnali. After the contact instant Tc, the slope of the fast deflection signal d 'is greater than that of the deflection signal d, while the slope of the slow deflection signal d "is smaller than that of both signals.
L'unità di elaborazione 5 campiona il segnale di deflessione d con periodo di campionamento ΔΤ5e confronta i campioni con il valore di soglia U. Nel corso dei movimenti mutui di avvicinamento, nell'istante di intersezione TUfin particolare di intersezione in salita, il segnale di deflessione d assume un valore pari al valore di soglia U, cioè il fronte di salita del segnale di deflessione d interseca una retta parallela all'asse delle ascisse (disegnata in figura 2 con linea tratto-punto), indicativa del valore di soglia U. In un istante sotto-soglia TLdi campionamento, che segue l'istante di contatto Tce precede l'istante di intersezione Tu, l'unità di elaborazione 5 campiona il fronte di salita del segnale di deflessione d e individua un campione del segnale di deflessione d con valore basso L minore del valore di soglia U, o campione basso. In un istante sopra-soglia THdi campionamento, successivo all'istante di intersezione Tu in salita, l'unità di elaborazione 5 campiona il fronte di salita del segnale di deflessione d e individua un campione del segnale di deflessione d con valore alto H maggiore del valore di soglia U, o campione alto. Preferibilmente, l'istante sotto-soglia TLe l'istante sopra-soglia THdi campionamento corrispondono rispettivamente agli istanti di campionamento immediatamente prima e immediatamente dopo l'istante di intersezione Tu in salita, vale a dire che TH=TL+ATS. In assenza di rumore e disturbi, quindi, il campione basso è il maggiore tra i campioni con valore minore del valore di soglia U, mentre il campione alto è il minore tra i campioni con valore maggiore del valore di soglia U. Alternativamente, il campione alto può essere uno qualunque dei campioni con valore maggiore del valore di soglia U. The processing unit 5 samples the deflection signal d with sampling period ΔΤ5 and compares the samples with the threshold value U. During the mutual approach movements, at the particular moment of intersection TUfin of an upward intersection, the deflection d assumes a value equal to the threshold value U, i.e. the leading edge of the deflection signal d intersects a straight line parallel to the abscissa axis (drawn in Figure 2 with a dash-dot line), indicative of the threshold value U. In a sampling sub-threshold instant TL, which follows the contact instant Tc and precedes the intersection instant Tu, the processing unit 5 samples the rising edge of the deflection signal d and identifies a sample of the deflection signal d with low value L less than threshold value U, or low sample. In an instant above the sampling threshold TH, following the rising instant of intersection Tu, the processing unit 5 samples the rising edge of the deflection signal d and identifies a sample of the deflection signal d with a high value H greater than the value U threshold, or high sample. Preferably, the sub-threshold instant TL and the sampling above-threshold instant TH correspond respectively to the sampling instants immediately before and immediately after the rising intersection instant Tu, that is to say that TH = TL + ATS. In the absence of noise and disturbances, therefore, the low sample is the largest among the samples with a value lower than the threshold value U, while the high sample is the lowest among the samples with a value greater than the threshold value U. Alternatively, the sample high can be any of the samples with a value greater than the threshold value U.
Sulla base dei campioni alto e basso, l'unità di elaborazione 5 determina l'avvenuto tocco tra il tastatore 3 e la superficie del pezzo W meccanico, e avvia un processo computazionale per calcolare il ritardo di soglia ΔΤ, che in questo caso corrisponde all'intervallo di tempo compreso tra l'istante sotto-soglia TLdi campionamento e l'istante di intersezione Tu in salita. Tale processo ha una durata computazionale ΔΤΡfissa (in figura 2 è rappresentato ad esempio 2·ΔΤ5<ΔΤΡ< 3·ΔΤ5) in cui l'unità di elaborazione 5 interpola linearmente il campione alto all'istante sopra-soglia TLe il campione basso all'istante sotto-soglia TLe calcola il ritardo di soglia ΔΤ, applicando ad esempio la formula On the basis of the high and low samples, the processing unit 5 determines that the touch has occurred between the probe 3 and the surface of the mechanical piece W, and starts a computational process to calculate the threshold delay ΔΤ, which in this case corresponds to the time interval between the sampling sub-threshold instant TL and the rising intersection instant Tu. This process has a fixed computational duration ΔΤΡ (in figure 2 is represented for example 2 ΔΤ5 <ΔΤΡ <3 ΔΤ5) in which the processing unit 5 linearly interpolates the high sample at the over-threshold instant TL and the low sample at the instant under-threshold TLe calculates the threshold delay ΔΤ, applying the formula, for example
ΔΤ = (U - LHTH- TJ. ΔΤ = (U - LHTH- TJ.
(H - L) (H - L)
In corrispondenza di un istante di campionamento successivo, ad esempio immediatamente successivo, allo scadere della durata computazionale ΔΤΡ(in figura 2, tale istante corrisponde all'istante di campionamento ΤΗ+3·ΔΤ5), l'unità di elaborazione 5 attende un lasso di tempo pari al ritardo di soglia ΔΤ fino a definire l'istante di validazione Tv, in cui genera il segnale di variazione e lo trasmette al sistema di trasmissione 6. Il sistema di trasmissione 6, in seguito alla generazione del segnale di variazione, trasmette via etere il segnale di trigger al ricevitore 21, che lo invia tramite il dispositivo di interfaccia 22 al controllo numerico 20 della macchina utensile 10. Quest'ultimo, ricevuto il segnale di trigger, comanda il meccanismo di movimentazione 11 con un nuovo segnale di comando, in particolare di arresto, per fermare i movimenti mutui di avvicinamento tra la sonda 1 e il pezzo W meccanico, e memorizza i segnali forniti nell'istante di validazione Tvdal sistema di righe ottiche 13. Quindi, il controllo numerico 20 comanda un movimento di scansione della sonda 1 lungo un percorso opportunamente definito in funzione di un profilo nominale, in modo che la sonda 1 mantenga il contatto con il pezzo W meccanico lungo l'intero profilo da misurare. In correspondence with a subsequent sampling instant, for example immediately following, at the expiry of the computational duration ΔΤΡ (in figure 2, this instant corresponds to the sampling instant ΤΗ + 3 ΔΤ5), the processing unit 5 waits for a period of time equal to the threshold delay ΔΤ until defining the validation instant Tv, in which it generates the variation signal and transmits it to the transmission system 6. The transmission system 6, following the generation of the variation signal, transmits via ether the trigger signal to the receiver 21, which sends it via the interface device 22 to the numerical control 20 of the machine tool 10. The latter, having received the trigger signal, controls the movement mechanism 11 with a new command signal, in particular of stopping, to stop the mutual approaching movements between the probe 1 and the mechanical piece W, and stores the signals supplied in the instant of validation Tv by the system of lines optics 13. Then, the numerical control 20 commands a scanning movement of the probe 1 along a suitably defined path as a function of a nominal profile, so that the probe 1 maintains contact with the mechanical piece W along the entire profile to be measured .
Dopo l'istante di validazione Tve per l'intera durata del movimento di scansione della sonda 1, l'unità di elaborazione 5 continua a campionare il segnale di deflessione d con il periodo di campionamento ΔΤ5, e trasmette via etere mediante il sistema di trasmissione 6 i successivi campioni del segnale di deflessione d assieme alle relative coordinate temporali. Il controllo numerico 20 continua a memorizzare i segnali forniti dal sistema di righe ottiche 13 e, in funzione di tali segnali e tenendo conto dei successivi campioni del segnale di deflessione d, elabora la misura di profilo richiesta, rettificata mediante parametri di correzione opportunamente calcolati. Nel caso in cui tale misura non corrisponda, a meno di tolleranze preimpostate, ad una misura di riferimento, il controllo numerico 20 può decidere che il pezzo W meccanico sia un pezzo di scarto e debba essere trattato di conseguenza o che la macchina utensile 10 debba lavorarlo ulteriormente, oppure, nel caso contrario, che il pezzo W meccanico sia finito. After the validation instant Tve for the entire duration of the scanning movement of the probe 1, the processing unit 5 continues to sample the deflection signal d with the sampling period ΔΤ5, and transmits over the air via the transmission system 6 the subsequent samples of the deflection signal d together with the relative time coordinates. The numerical control 20 continues to memorize the signals supplied by the optical scale system 13 and, as a function of these signals and taking into account the subsequent samples of the deflection signal d, processes the required profile measurement, rectified by suitably calculated correction parameters. In the event that this measurement does not correspond, unless pre-set tolerances, to a reference measurement, the numerical control 20 can decide that the mechanical piece W is a waste piece and must be treated accordingly or that the machine tool 10 must work it further, or, if not, that the mechanical piece W is finished.
Trasmettendo al controllo numerico 20 solo i successivi campioni, cioè i valori del segnale di deflessione d campionati dopo l'istante di validazione Tv, la sonda 1 secondo la presente invenzione beneficia di un notevole risparmio energetico, aspetto di fondamentale importanza per qualsiasi dispositivo alimentato a batterie e che si avvale della trasmissione via etere. Tuttavia, qualora fosse necessario, è possibile rinunciare anche solo temporaneamente a tale beneficio e programmare la sonda perché invii al controllo numerico 20 i campioni del segnale di deflessione d in maniera indiscriminata, cioè i valori del segnale di deflessione d campionati prima e dopo l'istante di validazione Tv. By transmitting to the numerical control 20 only the subsequent samples, i.e. the values of the deflection signal d sampled after the instant of validation Tv, the probe 1 according to the present invention benefits from considerable energy savings, an aspect of fundamental importance for any device powered by batteries and that uses over-the-air transmission. However, if necessary, it is possible to give up even only temporarily to this benefit and program the probe to send indiscriminately the samples of the deflection signal d to the numerical control 20, i.e. the values of the deflection signal d sampled before and after the instant of TV validation.
Inoltre, in accordo con il metodo descritto, basandosi sul parallelismo tra il segnale di deflessione d prima dell'istante di contatto Tce la retta indicativa del valore di soglia U, si può facilmente dimostrare che, a parità di velocità di avvicinamento e direzione di approccio della sonda 1, al variare dell'istante di contatto Tc, il ritardo tra quest'ultimo e l'istante di validazione Tvresta costante. Inoltre, com'è ben noto nell'arte, i tempi di propagazione dei segnali elettrici possono essere facilmente resi ripetibili, mentre i tempi di propagazione dei segnali via etere sono trascurabili rispetto ai ritardi fin qui considerati. Essendo il ritardo tra l'istante di contatto Tce l'istante di validazione Tvpreciso e ripetibile, tale risulta anche il ritardo tra l'istante di contatto Tce l'istante in cui il controllo numerico 20 riceve il segnale di trigger. Il metodo secondo la presente invenzione ha quindi il notevole vantaggio che il controllo numerico 20 della macchina utensile 10 ricostruisce in maniera semplice e accurata il sincronismo tra i successivi campioni del segnale di deflessione d e i segnali forniti dal sistema di righe ottiche 13. Furthermore, in accordance with the method described, based on the parallelism between the deflection signal d before the contact instant Tc and the straight line indicative of the threshold value U, it can easily be shown that, with the same approach speed and direction of approach of probe 1, as the contact instant Tc varies, the delay between the latter and the validation instant Tvr is constant. Furthermore, as is well known in the art, the propagation times of the electrical signals can be easily made repeatable, while the propagation times of the signals over the air are negligible compared to the delays considered up to now. Since the delay between the contact instant Tc and the validation instant Tv is precise and repeatable, this is also the delay between the contact instant Tc and the instant in which the numerical control 20 receives the trigger signal. The method according to the present invention therefore has the considerable advantage that the numerical control 20 of the machine tool 10 reconstructs in a simple and accurate manner the synchronism between the successive samples of the deflection signal d and the signals supplied by the optical ruler system 13.
Convenientemente, può essere eseguita una semplice operazione di calibrazione preliminare della sonda 1 e della macchina utensile 10, in cui viene effettuato il controllo su un master, ovvero un pezzo campione che comprende una superficie di riferimento il cui profilo è noto. Il master è posizionato e riferito mediante l'elemento di riferimento 12 della macchina utensile 10, così che la superficie di riferimento sia distante dal tastatore 3 della sonda 1 in condizione di riposo. Il controllo numerico 20 comanda il meccanismo di movimentazione 11 con il segnale di attivazione, che provoca movimenti mutui di avvicinamento tra la sonda 1 e il master, alla velocità di avvicinamento costante e nella direzione di approccio predeterminate. In seguito a detti movimenti mutui, il tastatore 3 tocca la superficie di riferimento, la sonda 1 abbandona la condizione di riposo e lo stelo 2 subisce una deflessione crescente. Il trasduttore 4 fornisce il segnale di deflessione d all'unità di elaborazione 5 che, analogamente a quanto descritto in precedenza, nell'istante di validazione Twgenera il segnale di variazione in funzione dei campioni del segnale di deflessione d e del valore di soglia U, e negli istanti seguenti continua a campionare il fronte di salita del segnale di deflessione d. Mediante il sistema di trasmissione 6, l'unità di elaborazione 5 invia al controllo numerico 20 della macchina utensile 10 prima il segnale di variazione, poi i successivi campioni assieme alle relative coordinate temporali. Il controllo numerico 20, ricevuto il segnale di trigger, ferma i movimenti mutui di avvicinamento tra la sonda 1 e il master, quindi elabora una misura di posizione della superficie di riferimento in funzione dei segnali forniti dal sistema di righe ottiche 13 e calcola i parametri di correzione, per rettificare le successive misure del pezzo W meccanico. Conveniently, a simple preliminary calibration operation of the probe 1 and of the machine tool 10 can be performed, in which the check is carried out on a master, ie a sample piece which comprises a reference surface whose profile is known. The master is positioned and referred to by means of the reference element 12 of the machine tool 10, so that the reference surface is distant from the feeler 3 of the probe 1 in the rest condition. The numerical control 20 controls the movement mechanism 11 with the activation signal, which causes mutual approach movements between the probe 1 and the master, at a constant approach speed and in the predetermined approach direction. Following said mutual movements, the feeler 3 touches the reference surface, the probe 1 leaves the rest condition and the stem 2 undergoes an increasing deflection. The transducer 4 supplies the deflection signal d to the processing unit 5 which, similarly to what has been described above, generates the variation signal as a function of the samples of the deflection signal d and the threshold value U at the validation instant Tw, and in the following instants it continues to sample the rising edge of the deflection signal d. By means of the transmission system 6, the processing unit 5 first sends the variation signal to the numerical control 20 of the machine tool 10, then the subsequent samples together with the relative time coordinates. The numerical control 20, having received the trigger signal, stops the mutual approach movements between the probe 1 and the master, then processes a position measurement of the reference surface according to the signals supplied by the optical scale system 13 and calculates the parameters correction, to rectify the subsequent measurements of the mechanical piece W.
Com'è evidente per un esperto del settore, il metodo secondo la presente invenzione risulta vantaggioso anche quando la sonda 1 viene utilizzata per il solo rilevamento di contatto, ad esempio per effettuare misure dimensionali e/o di posizione del pezzo W meccanico. In questo caso, a differenza del precedente, non è richiesto che la sonda 1 invii via etere alcun campione del segnale di deflessione d. In particolare, quando il controllo numerico 20 della macchina utensile 10 riceve il segnale di trigger, memorizza i segnali forniti dal sistema di righe ottiche 13 e comanda il meccanismo di movimentazione 11 con un segnale di controllo, nello specifico di ritrazione, per fermare l'avvicinamento e provocare movimenti mutui di allontanamento tra la sonda 1 e il pezzo W meccanico. In funzione della misura richiesta, il controllo numerico 20 può quindi comandare il meccanismo di movimentazione 11 con ulteriori segnali di controllo, in particolare di spostamento, in modo che la sonda 1 tocchi la superficie del pezzo W meccanico in una sequenza discreta di punti e generi i relativi segnali di trigger. As is evident to an expert in the field, the method according to the present invention is also advantageous when the probe 1 is used only for contact detection, for example to carry out dimensional and / or position measurements of the mechanical part W. In this case, unlike the previous one, probe 1 is not required to send any sample of the deflection signal over the air d. In particular, when the numerical control 20 of the machine tool 10 receives the trigger signal, it stores the signals supplied by the optical scale system 13 and commands the movement mechanism 11 with a control signal, specifically retraction, to stop the approach and cause mutual moving away between the probe 1 and the mechanical part W. According to the required measurement, the numerical control 20 can therefore command the movement mechanism 11 with further control signals, in particular of movement, so that the probe 1 touches the surface of the mechanical piece W in a discrete sequence of points and generates the related trigger signals.
Secondo una differente realizzazione della presente invenzione, sulla base dei campioni del segnale di deflessione d, l'unità di elaborazione 5 è atta a determinare se il tastatore 3, in seguito a movimenti mutui di allontanamento fra la sonda 1 e il pezzo W meccanico, è in procinto di perdere il contatto con la superficie da misurare, e generare di conseguenza il segnale di variazione nell'istante di validazione Tv. Più nel dettaglio, in conseguenza dei movimenti mutui di avvicinamento già descritti, il tastatore 3 tocca la superficie del pezzo W meccanico e il meccanismo di movimentazione 11 continua per un dato periodo di tempo a fare avanzare la sonda 1 alla velocità di avvicinamento e nella direzione di approccio, per cui 10 stelo 2 subisce una deflessione crescente. Allo scadere del dato periodo di tempo, il controllo numerico 20 comanda il meccanismo di movimentazione 11 con il segnale di arresto e un segnale di ritrazione, per fermare l'avvicinamento e provocare movimenti mutui di allontanamento tra la sonda 1 e il pezzo W meccanico, ad una velocità di spostamento, in particolare di allontanamento, sostanzialmente costante e in una direzione di ritrazione non necessariamente uguali, rispettivamente, alla velocità di avvicinamento e alla direzione di approccio. In seguito a detti movimenti mutui di allontanamento, lo stelo 2 subisce una deflessione decrescente e il tastatore 3 perde il contatto con la superficie del pezzo W meccanico in un istante di distacco Tdnon noto a priori, allontanandosi ulteriormente finché la sonda 1 torna nella condizione di riposo. According to a different embodiment of the present invention, on the basis of the samples of the deflection signal d, the processing unit 5 is able to determine whether the feeler 3, following mutual distancing movements between the probe 1 and the mechanical piece W, is about to lose contact with the surface to be measured, and consequently generate the variation signal in the instant of validation Tv. More in detail, as a consequence of the mutual approach movements already described, the feeler 3 touches the surface of the piece W mechanical and the movement mechanism 11 continues for a given period of time to advance the probe 1 at the approach speed and in the approach direction, so that the stem 2 undergoes an increasing deflection. At the expiration of the given period of time, the numerical control 20 commands the movement mechanism 11 with the stop signal and a retraction signal, to stop the approach and cause mutual withdrawal movements between the probe 1 and the mechanical piece W, at a substantially constant displacement speed, in particular withdrawn, and in a retraction direction not necessarily equal, respectively, to the approach speed and the approach direction. Following said mutual withdrawal movements, the rod 2 undergoes a decreasing deflection and the feeler 3 loses contact with the surface of the mechanical piece W in an instant of detachment Td not known a priori, moving further away until the probe 1 returns to the condition of rest.
In seguito ai movimenti mutui di allontanamento, il segnale di deflessione d presenta un fronte di discesa, mostrato in figura 4, che in prima approssimazione varia linearmente mentre la sonda 1 continua ad allontanarsi. L'unità di elaborazione 5 campiona il segnale di deflessione d con periodo di campionamento ΔΤ5e confronta i campioni con il valore di soglia U. Il valore di soglia con cui vengono confrontati i campioni del fronte di discesa del segnale di deflessione d può essere diverso dal valore di soglia U con cui vengono confrontati i campioni del fronte di salita dello stesso segnale. Nel corso dei movimenti mutui di allontanamento, nell'istante di intersezione TUfin particolare di intersezione in discesa, il segnale di deflessione d assume un valore pari al valore di soglia U, cioè il fronte di discesa del segnale di deflessione d interseca la retta indicativa del valore di soglia U. Nell'istante sopra-soglia THdi campionamento, che in questo caso precede l'istante di intersezione Tu in discesa, l'unità di elaborazione 5 campiona il fronte di discesa del segnale di deflessione d in corrispondenza del campione alto, cioè del campione con valore alto H maggiore del valore di soglia U. Nell'istante sotto-soglia TLdi campionamento, successivo all'istante di intersezione Tu in discesa e precedente l'istante di distacco Td, l'unità di elaborazione 5 campiona il fronte di discesa del segnale di deflessione d in corrispondenza del campione basso, cioè del campione con valore basso L minore del valore di soglia U. Sulla base dei campioni alto e basso, l'unità di elaborazione 5 avvia il processo computazionale per calcolare il ritardo di soglia ΔΤ, ossia il tempo intercorso tra l'istante sopra-soglia THdi campionamento e l'istante di intersezione Tu in discesa. Il seguito del metodo per generare il segnale di variazione nell'istante di validazione Tvè analogo a quanto già descritto. Dopo l'istante di validazione Tv, l'unità di elaborazione 5 interrompe vantaggiosamente il campionamento del segnale di deflessione d o, in alternativa, continua a campionario con periodo di campionamento ATs. Following the mutual moving away, the deflection signal d has a falling edge, shown in Figure 4, which varies linearly as a first approximation while the probe 1 continues to move away. The processing unit 5 samples the deflection signal d with sampling period ΔΤ5 and compares the samples with the threshold value U. The threshold value with which the samples of the falling edge of the deflection signal d are compared can be different from threshold value U with which the samples of the rising edge of the same signal are compared. During the mutual withdrawal movements, at the particular moment of intersection TUfin of downward intersection, the deflection signal d assumes a value equal to the threshold value U, i.e. the falling edge of the deflection signal d intersects the straight line indicative of the threshold value U. In the sampling over-threshold instant TH, which in this case precedes the downward intersection instant Tu, the processing unit 5 samples the falling edge of the deflection signal d in correspondence with the high sample, that is, of the sample with a high value H greater than the threshold value U. In the sampling sub-threshold TL, following the downward intersection instant Tu and preceding the detachment instant Td, the processing unit 5 samples the edge of descent of the deflection signal d in correspondence with the low sample, i.e. the sample with a low value L less than the threshold value U. On the basis of the high and low samples, the processing unit and 5 starts the computational process to calculate the threshold delay ΔΤ, that is the time elapsed between the sampling over-threshold instant TH and the downward intersection instant Tu. The continuation of the method for generating the variation signal in the instant of validation Tv is similar to what has already been described. After the instant of validation Tv, the processing unit 5 advantageously interrupts the sampling of the deflection signal d or, alternatively, continues sampling with sampling period ATs.
Il comportamento del controllo numerico 20 che riceve il segnale di trigger dipende dalla misura richiesta, come già visto. The behavior of the numerical control 20 which receives the trigger signal depends on the measurement required, as already seen.
Com'è ampiamente noto in letteratura, i movimenti di allontanamento sono poco o per nulla soggetti alle vibrazioni dovute al possibile rimbalzo del tastatore 3 che tocca il pezzo W meccanico, per cui il segnale di deflessione d ha un andamento più stabile. Di conseguenza, il calcolo dell'istante di validazione Tvsul fronte di discesa del segnale di deflessione d secondo la presente invenzione ha l'evidente vantaggio di essere più accurato. As is widely known in the literature, the withdrawal movements are little or not at all subject to vibrations due to the possible rebound of the feeler 3 which touches the mechanical part W, so that the deflection signal d has a more stable trend. Consequently, the calculation of the validation instant Tv on the falling edge of the deflection signal d according to the present invention has the obvious advantage of being more accurate.
Alternativamente, il sistema di trasmissione 6 della sonda 1 e il ricevitore 21 della macchina utensile IO possono essere connessi via cavo, e in questo caso il segnale di trigger e i campioni del segnale di deflessione d possono essere ad esempio elettrici o ottici. In questo modo, sebbene a scapito della maneggevolezza della sonda 1, vengono annullati i tempi di propagazione via etere dei segnali. Alternatively, the transmission system 6 of the probe 1 and the receiver 21 of the machine tool 10 can be connected by cable, and in this case the trigger signal and the samples of the deflection signal d can be for example electrical or optical. In this way, although to the detriment of the handling of the probe 1, the propagation times over the air of the signals are canceled.
Nella realtà, il segnale di deflessione d è inevitabilmente afflitto da componenti rumorose, di natura sia elettrica sia meccanica, che ne degradano la qualità. Come prima contromisura per filtrare in maniera vantaggiosa tali componenti rumorose, l'unità di elaborazione 5 può ad esempio eseguire un campionamento fine del segnale di deflessione d con un periodo minore di campionamento ΔΤ5', del quale il periodo di campionamento ΔΤ5è un multiplo intero, ed elaborare in maniera opportuna i risultati del campionamento fine. Nello specifico, supposto ΔΤ5=Ι<·ΔΤΥ, dove k è un numero intero, l'unità di elaborazione 5 campiona il segnale di deflessione d con il periodo minore di campionamento ΔΤ5' e ricava campioni fini. Per ottenere i campioni del segnale di deflessione d, l'unità di elaborazione 5 calcola ad esempio la media aritmetica di campioni fini successivi, presi k alla volta. In reality, the deflection signal d is inevitably plagued by noisy components, both electrical and mechanical, which degrade its quality. As a first countermeasure to advantageously filter these noisy components, the processing unit 5 can for example perform a fine sampling of the deflection signal d with a shorter sampling period ΔΤ5 ', of which the sampling period ΔΤ5 is an integer multiple, and elaborate the results of the fine sampling in an appropriate manner. Specifically, assuming ΔΤ5 = Ι <· ΔΤΥ, where k is an integer, processing unit 5 samples the deflection signal d with the shortest sampling period ΔΤ5 'and obtains fine samples. To obtain the samples of the deflection signal d, the processing unit 5 calculates for example the arithmetic mean of successive fine samples, taken k at a time.
Come ulteriore contromisura per filtrare le componenti rumorose di natura meccanica, il valore di soglia U può essere vantaggiosamente fissato in relazione alle velocità di avvicinamento e di allontanamento per essere opportunamente distante dal valore di riposo RPCin pre-corsa. Come già detto, infatti, a causa delle vibrazioni dovute al possibile rimbalzo del tastatore 3 che tocca la superficie del pezzo W meccanico, l'andamento del segnale di deflessione d negli istanti immediatamente successivi all'istante di contatto Tcdevia dall'approssimazione lineare in maniera tanto più evidente quanto maggiore è la velocità di avvicinamento della sonda 1. Fissando la soglia U ad una certa distanza dal valore di riposo RPCin pre-corsa, essendo tale distanza dipendente dalla velocità di avvicinamento della sonda 1, le anomalie hanno modo di smorzarsi naturalmente. As a further countermeasure to filter the noisy components of a mechanical nature, the threshold value U can be advantageously fixed in relation to the approach and departure speeds to be suitably distant from the rest value RPC in pre-stroke. As already mentioned, in fact, due to the vibrations due to the possible rebound of the probe 3 which touches the surface of the mechanical piece W, the trend of the deflection signal d in the instants immediately following the instant of contact Tcdevia from the linear approximation in a manner the more evident the greater the approach speed of probe 1. By setting the threshold U at a certain distance from the rest value RPC in pre-stroke, since this distance depends on the approach speed of probe 1, the anomalies have the opportunity to naturally dampen .
Com'è ben noto nell'arte, l'interpolazione lineare è un'operazione che richiede il calcolo di prodotti e divisioni molto costosi in termini di costo computazionale ed efficienza energetica rispetto alle limitate risorse dell'unità di elaborazione 5 della sonda 1 di misura a contatto. In alternativa, al fine di calcolare il ritardo di soglia ΔΤ in maniera efficiente, l'unità di elaborazione 5 può implementare un algoritmo di bisezione che individua l'istante di intersezione Tu ed ha il vantaggio di definire il ritardo di soglia ΔΤ in termini di unità di tempo, ciascuna unità di tempo essendo un multiplo intero del periodo di clock dell'unità di elaborazione 5. As is well known in the art, linear interpolation is an operation that requires the calculation of very expensive products and divisions in terms of computational cost and energy efficiency compared to the limited resources of the processing unit 5 of the measurement probe 1 in contact. Alternatively, in order to calculate the threshold delay ΔΤ efficiently, the processing unit 5 can implement a bisection algorithm which identifies the instant of intersection Tu and has the advantage of defining the threshold delay ΔΤ in terms of unit of time, each unit of time being an integer multiple of the clock period of processing unit 5.
Più nel dettaglio, dopo aver individuato i campioni alto e basso del segnale di deflessione d, l'unità di elaborazione 5 inizializza una prima variabile di confronto AUL=U-L, una seconda variabile di confronto ΔΗΙ_=Η-Ι_ della quale calcola la metà ΔΗΙ_/2, ed un registro di scorrimento. Se la metà della seconda variabile di confronto ΔΗΙ_ è maggiore della prima variabile di confronto Δυΐ_, cioè ΔΗΙ_/2>Δυΐ_, indicativo del fatto che la soglia è più vicina al campione basso, viene assegnato al campione alto un nuovo valore pari a Η-ΔΗΙ_/2; nel caso contrario, indicativo del fatto che la soglia è più vicina al campione alto, viene assegnato al campione basso un nuovo valore pari a Ι_+ΔΗΙ_/2. L'unità di elaborazione 5 ricalcola la prima o la seconda variabili di confronto e reitera il procedimento fino a quando le due variabili di confronto sono uguali tra loro e pari a zero. Ad ogni iterazione, il registro a scorrimento viene riempito un bit alla volta, a partire dal bit più significativo, con uno "0" se la soglia è più vicina al campione basso o con un "1" se la soglia è più vicina al campione alto. Il valore finale contenuto nel registro a scorrimento è rappresentativo del ritardo di soglia ΔΤ in termini di unità di tempo. Tale algoritmo di bisezione, secondo quanto descritto, richiede il calcolo di somme, divisioni per 2 e confronti binari, che sono operazioni notoriamente poco costose in termini di costo computazionale ed efficienza energetica. More in detail, after identifying the high and low samples of the deflection signal d, the processing unit 5 initializes a first comparison variable AUL = U-L, a second comparison variable ΔΗΙ_ = Η-Ι_ of which it calculates the half ΔΗΙ_ / 2, and a shift register. If half of the second comparison variable ΔΗΙ_ is greater than the first comparison variable Δυΐ_, i.e. ΔΗΙ_ / 2> Δυΐ_, indicative of the fact that the threshold is closer to the low sample, a new value equal to Η- is assigned to the high sample. ΔΗΙ_ / 2; otherwise, indicative of the fact that the threshold is closer to the high sample, a new value equal to Ι_ + ΔΗΙ_ / 2 is assigned to the low sample. The processing unit 5 recalculates the first or second comparison variables and repeats the procedure until the two comparison variables are equal to each other and equal to zero. At each iteration, the shift register is filled one bit at a time, starting from the most significant bit, with a "0" if the threshold is closer to the low sample or with a "1" if the threshold is closer to the sample tall. The final value contained in the shift register is representative of the threshold delay ΔΤ in terms of time units. This bisection algorithm, as described, requires the calculation of sums, divisions by 2 and binary comparisons, which are notoriously inexpensive operations in terms of computational cost and energy efficiency.
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2015
- 2015-10-02 IT ITUB2015A004142A patent/ITUB20154142A1/en unknown
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