Устройства для прямого контроля обеспечивают более высокую достоверность измерений и получили достаточно широкое распространение. Рассмотрим принципиальные схемы некоторых из этих устройств.
Оптические устройства. Для оценки длины стержневых режущих инструментов (сверл, метчиков) могут использоваться сравнительно простые конструкции со встроенными фотоэлементами. Если инструмент находится между источником излучения и датчиком и перекрывает зону излучения, то это сигнализирует о его исправности. Контроль осуществляется либо после каждого рабочего хода, либо в перерывах между обработкой деталей.
Развитие оптических систем позволило создать устройства для измерения износа инструмента в тот момент, когда он не находится в контакте с заготовкой. Действие этих устройств основано на том, что площадка износа лучше, чем остальные поверхности инструмента,
Значительно более высокой точностью измерения (до 1 мкм) и большими технологическими возможностями обладают лазерные устройства. Они позволяют не только обнаружить поломки инструмента (либо его полное отсутствие на станке), но и измерить геометрию режущей кромки. Лазерные устройства могут использоваться также для одновременного контроля нескольких инструментов (например, в многошпиндельных сверлильных головках).
Разновидностью оптических устройств являются также телевизионные камеры с устройствами распознавания образов. С их помощью можно оценивать как износ, так и сколы режущих кромок.
Контактные устройства. Такие устройства обеспечивают непосредственный контроль инструментов в процессе работы с помощью датчиков касания. Головка, обеспечивает контроль инструмента в разных угловых положениях измерительного наконечника. Положения, в которых «ожидается» контакт, рассчитывает микропроцессор станка.
Работа такого датчика аналогична работе устройств, используемых на автоматических линиях, где вращающийся наконечник замыкает электрическую цепь, что служит сигналом о целости инструмента.
В настоящее время при контроле износа инструментов используются также измерительные зонды. Они могут генерировать прерывистые (импульсные) и постоянные сигналы о контакте. Измерительный наконечник соединен с тремя рычагами со сферическими концами. Под действием пружины рычаги входят в призмы и замыкают электрическую цепь. В момент контакта с измеряемым объектом наконечник изменяет положение, рычаг отклоняется и электрическая цепь разрывается (возникает импульс). По мере движения зонда генерируется система таких импульсов, что позволяет после обработки сигналов определить координаты точек контакта. Погрешность измерения координат при использовании электроконтактных преобразователей колеблется в пределах 0,35... 1,0 мкм.
Более высокой точностью обладают зонды с контактным пьезоэлектрическим преобразователем.
В таком зонде три равноотстоящих пьезоэлектрических сенсора располагаются между верхней и нижней частями подвижной конструкции, оканчивающейся измерительным наконечником. В момент контакта наконечника с измеряемой поверхностью происходит деформация пьезоэлемен-тов и генерируется одиночный импульс.
Контактные устройства могут использоваться как для контроля положения вершины инструмента в начале его работы, так и для измерения сколов, выкрашивания и износа режущих лезвий в ходе работы. В последнем случае эффективность действия датчиков не слишком высока, поскольку контролируется в основном область вершины инструмента, а она не всегда характеризует потенциальный отказ инструмента.
Индукционные устройства. Работа таких устройств основана на принципе взаимодействия сердечника и магнитной катушки; они достаточно дешевы и универсальны. В простейшем случае эти датчики используются для проверки наличия (есть либо нет) и подсчета инструментов.
Пневматические устройства. В таких устройствах для контроля используются перепады давления в сети сжатого воздуха. Например, в стенках кондукторной втулки друг против друга располагают каналы , к которым подводится сжатый воздух от источника. В канале давление устанавливается регулятором , а в канале— регулятором; при этом в канале давление выше, чем в канале. Если сверло цело, то каналы разобщены и давление в трубопроводе к каналу недостаточно для срабатывания датчика. При сломанном сверле каналы сообщаются, давление в них выравнивается, давление в канале повышается и срабатывает датчик.
Устройства, основанные на контроле времени прохождения ультразвуковых волн через твердое тело. Для контроля используется время прохождения расстояния от измерительной головки через новый и изношенный инструменты до поверхности детали и обратно.