СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ Российский патент 1994 года по МПК G01B5/20 

Изобретение относится к способам измерения контуров или кривых и предназначено для контроля профиля деталей, эксплуатируемых в условиях невесомости, например антенных рефлекторов.

Известен способ контроля поверхности детали, упруго деформируемой под действием силы тяжести, включающий замер координат поверхности в исходном положении и после поворота детали на 180^о вокруг горизонтальной оси [1].

В известном способе координаты поверхности в невесомости определяют как среднее арифметическое от координат, замеренных в исходном положении детали и после поворота ее на 180^о. Предполагается, что прогиб детали под действием силы тяжести одинаков в исходном положении и после поворота на 180^о. На самом деле эти прогибы могут быть различными в силу асимметрии детали и различных механизмов деформации элементов детали при сжатии и растяжении, что вносит неконтролируемую ошибку в определение координат поверхности детали в невесомости.

Известен также способ контроля поверхности детали, упруго деформируемой под действием силы тяжести, включающий приложение к детали усилий, замер координат поверхности в контрольных точках в исходном положении и после поворота ее на 180^о вокруг горизонтальной оси, выбор величины усилий из условия обеспечения заданных величин смещения поверхности в контрольных точках, определение величин обезвешивающих усилий и замер координат поверхности в контрольных точках после приложения к ней обезвешивающих усилий [2].

В известном способе замер координат осуществляется после приложения усилий, величины которых выбираются такими, чтобы поверхность детали в контрольных точках сместилась в теоретическое положение. Обезвешивающие усилия рассчитывают по формуле R = , где R₁ и R₂ - величины обезвешивающих усилий, подобранные в исходном положении детали и после поворота ее на 180^о.

Координаты поверхности детали в невесомости определяются замером координат в контрольных точках после приложения к ней обезвешивающих усилий. Этот способ выбран нами в качестве прототипа. В сравнении с аналогом он позволяет повысить точность определения координат, так как дает возможность учесть анизотропию прогиба детали под действием силы тяжести в исходном положении детали и после поворота ее на 180^о.

Недостаток способа заключается в том, что при расчете величин обезвешивающих усилий могут быть допущены ошибки, на порядок и более превышающие аппаратурную погрешность замера обезвешивающих усилий, приложенных к детали. Объясняется это тем, что величины усилий R₁ и R₂могут на порядок и более превышать величины обезвешивающих усилий. Например, если в углепластиковом рефлекторе толщиной 1 мм выделить прямоугольный участок размером 200 х 200 мм, зафиксированный по углам на теоретической поверхности, то для обезвешивания этого участка необходимо приложить усилие в 60 г. В то же время при допустимом отклонении поверхности рефлектора от теоретической поверхности в пределах этого участка, составляющем, например, 0,3 мм, необходимое усилие для вывода поверхности рефлектора на теоретическую поверхность составит около 1,5 кг. При использовании для замера усилий датчика с классом точности 1,0, ошибка в определении величин R₁ и R₂ и соответствующая ошибка определения величины обезвешивающего усилия составит 15 г при аппаратурной погрешности замера обезвешивающего усилия, составляющей 0,6 г. Большая ошибка в расчете величины обезвешивающего усилия ведет к соответствующей ошибке в определении прогиба детали под действием силы тяжести (в приведенном примере около 25% от фактической величины прогиба), и, следовательно, форма поверхности детали в невесомости определяется с существенной ошибкой.

Цель изобретения - повышение точности определения величины обезвешивающих усилий.

Цель достигается тем, что в известном способе, включающем приложение к детали усилий, замер координат поверхности в контрольных точках в исходном положении детали и после поворота ее на 180^о вокруг горизонтальной оси, выбор величины усилий из условия обеспечения заданных величин смещений поверхности в контрольных точках, определение величин обезвешивающих усилий и замер координат поверхности в контрольных точках после приложения к детали обезвешивающих усилий определяют величины усилий, обеспечивающие смещения поверхности в контрольных точках, равные ее смещениям под действием силы тяжести при повороте детали на 180^о, а величины обезвешивающих усилий принимают равными половине величин указанных усилий.

Определение величин усилий, обеспечивающих смещение поверхности в контрольных точках, равных ее смещениям под действием силы тяжести при повороте детали на 180^о, позволяет определить усилия, воздействие которых эквивалентно воздействию на деталь удвоенной силы тяжести. Действительно, смещение поверхности из исходного положения в положение, занимаемое поверхностью после поворота детали на 180^о, можно представить как сумму смещений: первое - из исходного положения в положение, занимаемое поверхностью в невесомости; второе - из положения, занимаемого поверхностью в невесомости, в то положение, которое эта поверхность занимает под действием силы тяжести после поворота детали на 180^о. Первое и второе смещения осуществляются под действием одинаковых по величине сил и моментов сил, так как моменты силы тяжести одинаковы в исходном положении детали и после поворота ее на 180^о вокруг горизонтальной оси. Поэтому суммарное смещение может быть представлено как смещение под действием удвоенной силы тяжести. Отсюда вытекает и способ определения обезвешивающих усилий, которые принимают равными половине величины усилий, обеспечивающих смещение поверхности детали в контрольных точках, равные смещениям под действием силы тяжести при повороте детали на 180^о.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: величины прилагаемых к детали усилий, по которым рассчитываются обезвешивающие усилия, превышают величину последних не более, чем в два раза, что позволяет снизить ошибки при расчете величин обезвешивающих усилий на порядок и более - до значений аппаратурной погрешности замера обезвешивающих усилий - и обеспечить положительный эффект - повышение точности определения фактической формы поверхности детали в невесомости.

На фиг.1 показана деталь в исходном положении; на фиг.2 - то же, после поворота вокруг горизонтальной оси на 180^о; на фиг.3 - деталь в исходном положении с профилем, деформированным под действием приложенных к детали усилий; на фиг.4 - то же, после поворота на 180^о; на фиг.5 - деталь в исходном положении под действием обезвешивающих усилий.

Способ осуществляют следующим образом. Определяют величины усилий, обеспечивающие смещение δ_o поверхности в контрольных точках, равные ее смещениям под действием силы тяжести при повороте детали на 180^о. Для этого определяют величины δ_o как разность координат поверхности в исходном положении 1 и в положении 2 после поворота детали на 180^о. Прилагают к детали, находящейся в исходном положении, усилия F₁, смещающие деталь из положения 1 в положение 3, замеряют координаты поверхности в контрольных точках в положении 3 и в положении 1 и определяют величины смещений δ₁. Поворачивают деталь на 180^о, прикладывают к ней усилия F₂, смещающие поверхность из положения 2 в положение 4, замеряют координаты поверхности в контрольных точках до приложения усилий и после приложения усилий и определяют величины смещений δ₂. Сравнивают суммы величин δ₁+δ₂ с величинами δ_o, уточняют величины усилий F₁ и F₂ таким образом, чтобы сумма F₁ + F₂увеличивалась, если δ₁+δ₂<δ_o, или уменьшалась, если δ₁+δ₂>δ_o. Снова замеряют координаты поверхности в контрольных точках, сравнивают уточненные значения величин δ₁+δ₂ с величинами δ_o и повторяют операции по уточнению величин F₁ и F₂, пока для всех контрольных точек не будет достигнуто равенство δ₁+δ₂=δ_o. При этом усилия, равные по величине сумме F₁ + F₂, обеспечивают смещения поверхности в контрольных точках, равные смещениям δ_o под действием силы тяжести.

Величины обезвешивающих усилий принимают равными половине указанных усилий: F = .

Прилагают обезвешивающие усилия F к детали, при этом поверхность смещается из положения 1 в положение 5, - и замеряют координаты поверхности в контрольных точках.

Необходимо отметить, что при выборе величин усилий уточняются значения суммы усилий F₁ + F₂, в то время как в пределах этой суммы значения величин F₁ и F₂ в общем случае могут быть выбраны произвольно. Например, можно прилагать к детали одинаковые усилия в исходном положении детали и после поворота ее на 180^о (F₁ = F₂).

Можно также осуществить способ, прикладывая усилия только в исходном положении детали (F₂ = 0, δ₂ = 0). В этом случае величины F₁подбирают из условия δ₁=δ_o , а величины обезвешивающих усилий определяют по формуле: F = .

Способ позволяет в ряде случаев ограничиться приближенным определением величины обезвешивающего усилия, при этом смещение δ_тповерхности детали под действием силы тяжести может быть определено с удовлетворительной точностью, как функция величин δ₁,δ₂ и δ_o, например, δ_т= + (при условии F₁ = F₂).

П р и м е р осуществления способа. Деталь представляет собой параболический рефлектор, выполненный из углепластика КМУ-4Л ТУ 33У.0336.024. Контроль поверхности детали производится в 18 точках, шесть из которых расположены на диаметре, равном 0,4 D (через каждые 60^о) и двенадцать - на диаметре, равном 0,9 D (через каждые 30^о), где D - диаметр раскрыва рефлектора. Рефлектор крепится за фланец на платформе нестандартного измерительного устройства (не показано). Для замера координат и смещений в устройстве использован нестандартный неконтактный измеритель перемещений (не показан) на основе гелийнеонового лазера. Для замера величины смещений δ_o поверхности под действием силы тяжести поворачивают на 180^о вокруг горизонтальной оси все устройство вместе с закрепленным на нем рефлектором. Усилия F₁ прилагают со стороны выпуклой поверхности рефлектора с использованием тарированных по нагрузке граммометров ТУ 25-02-021301-78, а замер смещений δ₁ - со стороны вогнутой поверхности.

Усилия F₂ прилагают со стороны вогнутой поверхности рефлектора, а замер смещений δ₂ осуществляют со стороны вогнутой поверхности. Для этого, не изменяя положения измерительного устройства, переставляют рефлектор, повернув его на 180^о вокруг горизонтальной оси (см. табл.1).

Уточненные значения суммы усилий F₁ ± F₂ определяли, изменяя исходные значения этой суммы пропорционально отношению: .

В последнем столбце таблицы приведены величины смещения δ поверхности под действием обезвешивающих усилий.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что уточненные значения смещения δ₁и δ₂ удовлетворяют условию δ₁+δ₂=δ_o с точностью до инструментальной погрешности измерительного устройства (±0,01 мм). Следовательно, выбранные величины усилий действительно обеспечивают смещения поверхности в контрольных точках, равные смещениям под действием силы тяжести (см. табл.2).

В приведенном примере осуществления способа точность определения фактической формы поверхности в невесомости определяется погрешностью измерительного устройства и ошибкой в определении величины обезвешивающих усилий. Инструментальная ошибка определения величины усилий с использованием тарированных по нагрузке граммометров и соответствующая ошибка в определении величины обезвешивающих усилий составляет ± 2 г/с. Смещение поверхности рефлектора в контрольных точках 1-6 при изменении усилия на 2 г/с не превышает 0,002 мм, а в точках 17-18 - 0,025 мм. Суммарная ошибка определения смещения поверхности рефлектора в точках 1-6 составляет при этом ± 0,01 мм, а в точках 7-8 - ± 0,03 мм.

При применении способа-прототипа усилия, необходимые для вывода поверхности в контрольных точках на теоретический профиль, составляют до 1,8 кг, соответствующая ошибка в определении величины обезвешивающих усилий составит около ± 20 г, а ошибка определения смещения детали в контрольных точках 1-6 составит ± 0,02 мм, а в точках 7-18 - ± 0,25 мм.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет повысить точность определения фактической формы поверхности детали в невесомости в 2-10 раз за счет повышения точности определения величины обезвешивающих усилий.

Использование: для контроля профиля деталей, эксплуатируемых в условиях невесомости, например антенных рефлекторов. Цель - повышение точности определения фактической формы поверхности детали в невесомости. Сущность изобретения: определяют величины усилий, обеспечивающие смещение поверхности в контрольных точках, равные ее смещениям под действием силы тяжести при повороте детали на 180°. Для этого определяют величины δ_o как разность координат поверхности в исходном положении и в положении после поворота детали на 180°. Прилагают к детали, находящейся в исходном положении, усилия F₁ , смещающие деталь из положения 1 в положение 3. Замеряют координаты поверхности в контрольных точках в положениях 1 и 3 и определяют величины смещений δ₁ . Поворачивают деталь на 180°, прилагают к ней усилия F₂ , смещающие поверхность из положения 2 в положение 4. Замеряют координаты в контрольных точках до и после приложения усилий и определяют величины смещений δ₂ . Сравнивают суммы величин δ₁+ δ₂ с величинами δ_o . Уточняют величины усилий F₁ и F₂ таким образом, чтобы сумма F₁+F₂ увеличивалась, если δ₁+δ₂<δ_o , или уменьшалась, если δ₁+δ₂>δ_o . Снова замеряют коорддинаты поверхности в контрольных точках, сравнивают уточненные значения величин δ₁+δ₂ с величинами δ_o и повторяют операции по уточнению величин F₁ и F₂ , пока для всех контрольных точек не будет достигнуто равенство δ₁+δ₂=δ_o . Усилия, равные величине F₁ и F₂ , обеспечивают смещения поверхности в контрольных точках, равные смещениям δ_o под действием силы тяжести. Величины обезвешивающих усилий принимают равными половине указанных усилий F=F₁+F₂/2. Прилагают обезвешивающие усилия F к детали. Поверхность смещается из положения 1 в положение 5. Замеряют координаты поверхности в контрольных точках. Положительный эффект: повышается точность определения фактической формы поверхности детали в невесомости в 2-10 раз. 5 ил., 2 табл.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ, упруго деформируемой под действием силы тяжести, включающий приложение к детали усилий, замер координат поверхности в контрольных точках в исходном положении детали и после поворота ее на 180^o вокруг горизонтальной оси, выбор величины усилий из условия обеспечения заданных величин смещений поверхности в контрольных точках, определение величин обезвешивающих усилий и замер координат поверхности в контрольных точках после приложения к детали обезвешивающих усилий, отличающийся тем, что определяют величины усилий, обеспечивающие смещения поверхности в контрольных точках, равные ее смещениям под действием силы тяжести при повороте детали на 180^o, а величины обезвешивающих усилий принимают равными половине величин указанных усилий.