ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1995 года по МПК G01B5/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для определения положения поверхности объекта и в координатных измерительных машинах.

Известна измерительная головка [1], содержащая корпус, щуп, закрепленный на диске, подпружиненном к корпусу, соединенный с корпусом центрирующей мембраной с возможностью отклонений, и сигнальное устройство.

Недостатком такой измерительной головки является то, что она при фиксации контакта щупа с измеряемым объектом не позволяет определить направление отклонения щупа, что вносит погрешность в определение координат точки касания щупом измеряемого объекта, обусловленную величиной и формой контактного наконечника. Другой недостаток связан с применением мембраны в качестве центратора щупа. Мембрана ограничивает величину отклонений щупа, что не позволяет производить измерения с высокой скоростью, при которой необходимо обеспечить большой путь торможения, а следовательно, необходимо иметь возможность больших отклонений. Ограничение скорости измерений ограничивает производительность устройства. Кроме того, мембрана имеет высокую жесткость, требующую для отклонения щупа значительных усилий контактного взаимодействия щупа с измеряемым объектом, что приводит к деформациям щупа и дополнительным погрешностям при измерениях. Недостатком такой головки является также ограниченность ее эксплуатационных возможностей, а именно отсутствие возможностей такого измерения, при котором на щуп будет воздействовать усилие в обратном от корпуса направлении.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является выбранная за прототип измерительная головка [2], содержащая корпус, щуп, закрепленный на диске, подпружиненном к корпусу, и сигнальное устройство, включающее связанный со щупом подвижный элемент, управляющий сигналом. В корпусе закреплен ряд шариков, расположенных по кольцу, которые являются опорой для диска, имеющего кольцевую выемку для шариков, что обеспечивает возможность центрирования щупа в нулевом положении.

Недостаток такой измерительной головки заключается в отсутствии возможности определения направления, в котором отклоняется щуп, что является причиной возникновения погрешности при измерении координат точки касания.

Другой недостаток заключается в том, что поворот щупа вокруг шариков при его отклонениях сопровождается трением скольжения диска по поверхности шарика, что приводит к скачкообразным перемещениям щупа и является причиной погрешности при измерениях. Кроме того, такая головка не обеспечивает возможности такого измерения, при котором на щуп воздействует усилие в обратном от корпуса направлении.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Для этого предложена измерительная головка, содержащая корпус, щуп с центратором и сигнальное устройство с подвижным управляющим элементом, соединенным со щупом.

Отличие предложенной измерительной головки от прототипа заключается в том, что она снабжена двумя дополнительными аналогичными сигнальными устройствами с подвижными управляющими элементами, соединенными со щупом, щуп с подвижными управляющими элементами закреплен в корпусе посредством трех пар плоских пружин, закрепленных в корпусе консольно перпендикулярно оси щупа, причем в каждой паре пружин закреплен один подвижный элемент, узел соединения щупа с подвижными управляющими элементами имеет три плеча, расположенных в плоскости, совпадающей с плоскостью центратора и центром тяжести щупа.

Центратор выполнен в виде трех прямолинейных тангенциально расположенных нитеобразных пружин.

На фиг.1 изображена измерительная головка, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг. 3.

Измерительная головка содержит корпус 1, щуп 2 с наконечниками 3 и три сигнальных устройства, выполненные, например, в виде оптических датчиков, каждый из которых содержит источник света 4, фотоприемник 5 и подвижный элемент 6, управляющий величиной выходного сигнала, выполненный в данном случае в виде диафрагмы, линейное перемещение которой в направлении, перпендикулярном оси пучка излучения от источника света 4, изменяет величину падающего на фотоприемник 5 светового потока и приводит к изменению величины выходного сигнала.

Сигнальные устройства могут быть выполнены также в виде индуктивных датчиков (на чертеже не показано), включающих в себя подвижные элементы (сердечники), линейное перемещение которых в устройстве изменяет величину выходного сигнала.

Подвижные управляющие элементы 6 соединены со щупом 2 посредством тяг 7 и подвески 8, выполненной, например, в виде трех радиальных звеньев, жестко соединенных со щупом 2. Щуп 2 вместе со связанными с ним подвижными элементами 6 закреплен в корпусе посредством трех пар плоских пружин 9, закрепленных в корпусе консольно перпендикулярно оси щупа 2. При этом каждая пара пружин 9 соединена с одним из подвижных элементов 6.

Центровка щупа 2 в корпусе 1 осуществлена с помощью центратора, выполненного в виде трех прямолинейных тангенциально расположенных нитеобразных пружин 10, соединенных концами со звеньями подвески 8 и корпусом 1.

Плоскость присоединения звеньев подвески 8 к щупу 2 должна совпадать с плоскостью пружин 10 центратора и с центром тяжести щупа. Для такого вывешивания щуп снабжен грузом 11.

Устройство работает следующим образом.

При контактном воздействии измеряемого объекта на один из наконечников 3 щуп 2 перемещается. Направление перемещения зависит от направления нагрузки. При перемещении щупа 2 подвижные управляющие элементы 6 перемещаются в направлении, перпендикулярном плоскости пружин 9, что приводит к изменению выходного сигнала. При этом величина перемещения каждого подвижного элемента 6 и величина сигнала, вырабатываемого каждым сигнальным устройством, зависят от величины и направления перемещения щупа. По величинам сигналов трех сигнальных устройств определяют направление перемещения щупа 2 и его пространственное положение и с учетом известных размеров наконечников 3 определяют координаты точки контакта с измеряемым объектом.

При прекращении контакта с измеряемым объектом щуп 2 под воздействием пружин 9 и центратора 10 возвращается в исходное положение. Пружины 9 рассчитаны таким образом, чтобы ускорения, возникающие при холостых перемещениях, не вызывали колебаний щупа 2, достаточных для срабатывания сигнальных устройств. Совпадение плоскости центратора 10 с плоскостью расположения звеньев подвески 8 и с центром тяжести щупа 2 исключает возможность колебаний щупа и срабатывания сигнальных устройств при перемещениях измерительной головки в направлениях, перпендикулярных оси щупа.

Такое выполнение измерительной головки позволит при любом перемещении щупа по данным трех сигнальных устройств точно определить направление перемещения и положение щупа в пространстве, что повышает точность определения координат точки касания щупа с объектом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для определения положения поверхности объекта и в координатных измерительных машинах. Измерительная головка содержит корпус, щуп с центратором и сигнализатором его положения. Сигнализатор выполнен в виде трех датчиков, неподвижные элементы которых расположены рассредоточенно по окружности корпуса, а подвижные элементы закреплены в корпусе посредством трех пар плоских пружин, закрепленных в корпусе консольно, перпендикулярно оси щупа. Головка снабжена тремя подвесками, закрепленными на щупе, и тягами, одни концы которых соединены с соответствующими подвижными элементами, а другие - с подвесками. Центратор выполнен в виде нитеобразных пружин, одни концы которых закреплены на корпусе, а другие - на соответствующих подвесках. На щупе расположен груз с возможностью перемещения вдоль него и фиксации. Такое выполнение головки позволяет повысить точность измерения за счет точного определения положения щупа в пространстве. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА, содержащая корпус, размещенные в нем щуп, сигнализатор его положения и центратор, отличающаяся тем, что сигнализатор выполнен в виде по крайней мере трех датчиков, неподвижные элементы которых расположены рассредоточенно по окружности корпуса, а подвижные элементы закреплены в корпусе посредством включенных в головку трех пар плоских пружин, закрепленных в корпусе консольно, перпендикулярно к оси щупа, головка снабжена тремя подвесками, закрепленными на щупе, и тягами, одни концы которых соединены с соответствующими подвижными элементами, а другие - с подвесками. 2. Головка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена грузом, расположенным на щупе с возможностью перемещения вдоль него и фиксации. 3. Головка по п.1, отличающаяся тем, что центратор выполнен в виде нитеобразных пружин, одни концы которых закреплены на корпусе, а другие - на соответствующих подвесках.