Прямые методы контроля режущего инструмента, в отличие от косвенных, обеспечивают высокую достоверность измерений, так как оценивают состояние инструмента напрямую. Благодаря этому они получили широкое распространение в современном машиностроении. Рассмотрим принципиальные схемы и особенности работы основных типов таких устройств.
Оптические системы контроля
Оптические устройства являются одними из наиболее распространенных. Для проверки длины стержневых инструментов, таких как сверла или метчики, применяются сравнительно простые конструкции со встроенными фотоэлементами. Принцип их работы основан на прерывании луча света: если инструмент находится между источником излучения и датчиком, перекрывая зону контроля, это сигнализирует о его целостности и наличии. Такой контроль может осуществляться после каждого рабочего хода или в технологических паузах.
Развитие оптических технологий позволило создать более сложные системы для измерения износа инструмента в тот момент, когда он не контактирует с заготовкой. Эти устройства используют тот факт, что площадка износа имеет иные отражающие свойства по сравнению с нетронутой поверхностью инструмента.
Значительно более высокой точностью (до 1 микрона) и расширенными функциональными возможностями обладают лазерные устройства. Они способны не только обнаружить поломку или отсутствие инструмента на станке, но и с высокой точностью измерить геометрию режущей кромки. Важным преимуществом лазерных систем является возможность одновременного контроля нескольких инструментов, например, в многошпиндельных сверлильных головках.
К разновидностям оптических систем также относятся телевизионные камеры, оснащенные системами распознавания образов. С их помощью можно с высокой детализацией оценивать как равномерный износ, так и локальные повреждения, например, сколы режущих кромок.
Контактные методы измерения
Контактные устройства обеспечивают непосредственный контроль инструментов в процессе работы с помощью специальных датчиков касания. Конструкция таких датчиков, как правило, включает подвижную головку, которая позволяет контролировать инструмент в различных угловых положениях. Позиции, в которых ожидается контакт измерительного наконечника с инструментом, рассчитываются микропроцессорной системой станка.
Принцип работы такого датчика схож с устройствами, используемыми на автоматических линиях: вращающийся наконечник замыкает электрическую цепь, что служит сигналом о целостности инструмента.
В современных системах для контроля износа активно применяются высокоточные измерительные зонды. Они могут генерировать как прерывистые (импульсные), так и постоянные сигналы о контакте. В классической электроконтактной конструкции измерительный наконечник соединен с системой рычагов. В исходном состоянии под действием пружины рычаги замыкают электрическую цепь. При контакте с измеряемым объектом наконечник смещается, рычаг отклоняется, и цепь разрывается, генерируя импульс. Последовательность таких импульсов при движении зонда позволяет после обработки определить координаты точек контакта с погрешностью от 0,35 до 1,0 микрона.
Еще более высокой точностью обладают зонды с пьезоэлектрическими преобразователями. В такой конструкции три пьезоэлектрических сенсора расположены между частями подвижного узла с измерительным наконечником. В момент контакта происходит деформация пьезоэлементов, что приводит к генерации четкого электрического импульса.
Контактные устройства применяются как для первоначальной настройки — контроля положения вершины инструмента в начале работы, так и для диагностики сколов, выкрашивания и износа режущих кромок в процессе эксплуатации. Однако при контроле износа в ходе работы их эффективность может быть ограничена, так как чаще всего проверяется только область вершины, которая не всегда является индикатором скорого отказа всего инструмента.
Индукционные и пневматические системы
Индукционные устройства работают на принципе взаимодействия сердечника и магнитной катушки. Они отличаются относительно низкой стоимостью и универсальностью. В базовом исполнении такие датчики используются для простейших операций: проверки наличия инструмента в гнезде и его подсчета.
Пневматические устройства для контроля используют перепады давления в сети сжатого воздуха. Типичный пример — система контроля в кондукторной втулке. В ее стенках друг напротив друга выполнены два канала, к которым подводится сжатый воздух. Давление в каналах регулируется разными регуляторами. Если сверло целое, каналы разобщены, и давление в системе недостаточно для срабатывания сигнального датчика. В случае поломки сверла каналы сообщаются, давление выравнивается и возрастает в контрольной линии, что вызывает срабатывание датчика и сигнал об аварии.
Ультразвуковой контроль
Отдельную группу составляют устройства, основанные на измерении времени прохождения ультразвуковых волн через твердое тело. Принцип контроля заключается в сравнении времени, за которое ультразвуковой импульс проходит путь от измерительной головки через инструмент (новый и изношенный) до поверхности детали и обратно. Изменение этого времени является индикатором износа или повреждения инструмента.