УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА И ОТКЛОНЕНИЯ ФОРМЫ НЕЗАМКНУТОЙ ДУГИ ОКРУЖНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК G01B7/28 

Изобретение относится к области измерительной техники и может использоваться для измерения радиуса и отклонения от круглости незамкнутых дуг окружности, в частности, при измерении параметров беговых дорожек колец подшипников, деталей винтовентиляторов в авиастроении, валов электрических машин и др.

Известно устройство для контроля размеров дорожки кольца подшипника, содержащее два датчика относительного перемещения измерительного наконечника и контролируемой детали в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и электронные устройства, фиксирующие отклонения радиуса дорожки от заданной величины [1]
Из-за ограниченности возможностей обработки измерительной информации это устройство не позволяет контролировать отклонения формы. Кроме того, при измерении возможны дополнительные погрешности из-за разброса точек начала и окончания измерений.

Известно также устройство для измерения радиуса и отклонений формы беговых дорожек шариковых подшипников, тоже содержащее два датчика перемещения измерительного наконечника относительно измеряемой детали в двух взаимно перпендикулярных направлениях, два аналого-цифровых преобразователя и микропроцессорный блок [2]
Недостатками этого устройства является следующее.

1. Необходима точная ручная установка измерительного наконечника на деталь в начале измеряемой дуги и ручное прекращение сбора измерительной информации при завершении обхода дуги. Ручные операции приводят к разбросу точек начала и окончания сбора измерительной информации, что снижает точность измерения радиуса беговой дорожки и отклонений формы, а также не позволяет автоматизировать процесс измерения.

Другим источником дополнительной погрешности измерения радиуса является влияние отклонений формы, поскольку при его расчете не используется весь массив данных.

2. При произвольной системе сбора отсчетов показаний датчиков усложняется алгоритм обработки измерительной информации. Например, при использовании фотоэлектрических растровых преобразователей при снятии отсчетов в произвольные моменты времени необходимо интерпретировать шаг обоих датчиков, что в свою очередь усложняет аппаратуру.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения. Кроме того, повышение быстродействия устройства.

Достижение указанного технического результата повышение точности измерения достигается за счет того, что в известное устройство для измерения радиуса и отклонений формы незамкнутых окружностей, содержащее два датчика относительных перемещений контролируемой детали и измерительного сферического наконечника в двух взаимно перпендикулярных направлениях, два аналого-цифровых преобразователя и микропроцессорный блок для расчета радиуса и отклонений формы, введены два электронных ключа, блок управления, последовательно соединенные блок для определения текущих координат центра окружности, описываемой центром сферического измерительного наконечника, и блок усреднения текущих координат центра, при этом информационные входы ключей подсоединены к выходам датчиков перемещений, выходы ключей соединены с входами аналого-цифровых преобразователей, управляющие входы ключей соединены с выходом блока управления, входы блока управления соединены с датчиками перемещения, входы блока определения текущих координат центра соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей, выход блока усреднения текущих координат соединен с входом микропроцессорного блока.

Отличие заявляемого устройства от прототипа заключается в том, что оно снабжено двумя электронными ключами, блоком управления, последовательно соединенными блоком определения текущих координат центра окружности, описываемой центром сферического измерительного наконечника, и блоком усреднения текущих координат.

Повышение точности измерения радиуса и отклонений формы обеспечивается тем, что блок управления обеспечивает обработку измерительной информации, соответствующей только измеряемой дуге, т.к. анализируя сигналы измерительных преобразователей, он выдает команду на замыкание ключей, начало определения текущих координат и их усреднение после перехода с первого линейного участка на дугу и снимает эту команду перед переходом с дуги на второй линейный участок. Это устраняет разброс начала и конца сбора обрабатываемой измерительной информации.

Погрешность измерения радиуса за счет отклонений формы измеряемой дуги уменьшается за счет усреднения текущих координат центра и последующего усреднения при расчете радиуса.

Кроме того, для повышения быстродействия устройства за счет сбора информации через равные приращения одной из координат (по горизонтали).

Оно снабжено делителем частоты и блоком совпадений, при этом один вход делителя частоты соединен с выходом одного из датчиков перемещений, а выход
с одним из входов блока совпадений, второй вход блока совпадений соединен с выходом блока управления ключами, а выход с управляющими входами электронных ключей.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение детали, содержащее незамкнутую дугу окружности; на фиг. 2 структурная схема устройства для измерения радиуса и отклонений формы незамкнутых дуг окружностей; на фиг. 3 - структурная схема варианта устройства с повышенным быстродействием.

На фиг. 1 цифрами обозначены 1 первый линейный участок контролируемой детали, 2 дуга, радиус и отклонения которой от окружности измеряются, 3 - второй линейный участок контролируемой детали, 4 измерительный наконечник.

Устройство для измерения радиуса и отклонений формы незамкнутых дуг окружностей содержит датчик 5 перемещений по вертикали, датчик 6 перемещений по горизонтали, электронные ключи 7 и 8, блок управления 9 электронными ключами, аналого-цифровые преобразователи 10, 11 сигнала датчика в цифровой код, блок определения 12 текущих координат центра окружности, описываемой центром измерительного наконечника 4, блок усреднения 13 текущих координат центра окружности, микропроцессорный блок 14 для вычисления радиуса и отклонения формы незамкнутой дуги окружности.

По второму варианту исполнения устройство дополнительно содержит делитель частоты 15 и блок совпадений 16.

Информационные входы ключей 7 и 8 подсоединены к выходам датчиков 5 и 6 перемещений, выходы ключей 7 и 8 соединены с входами аналого-цифровых преобразователей 10 и 11, а управляющие входы ключей 7 и 8 соединены с выходом блока управления 9.

Входы блока определения 12 текущих координат соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей 10 и 11, а выход блока усреднения 13 текущих координат соединен с входом микропроцессорного блока 14. Один вход делителя частоты 15 соединен с выходом одного из датчиков перемещений 5 или 6, а выход с одним из входов блока совпадений 16, второй вход которого соединен с выходом блока управления 9 электронными ключами 7 или 8, а выход с управляющими входами электронных ключей 7 и 8.

Устройство работает следующим образом.

В начале измерения измерительный наконечник 4 устанавливается на первый 1 линейный участок контролируемой детали (см. фиг. 1). При начале перемещения детали по горизонтали блок управления 9 электронными ключами 7 и 8 определяет величину приращения координаты за заданный малый интервал времени. Кроме этого, приращение будет меньше заданной пороговой величины, выдается сигнал замыкания электронных ключей 7, 8. В зависимости от вида сигнала, выдаваемого датчиками 5 и 6 перемещения, это устройство может быть аналоговым или цифровым. В первом случае пороговая величина задается с помощью потенциометра, во втором распайкой уставок или в виде цифрового кода с клавиатуры. После перемещения по горизонтали величину сигнал замыкания ключей 7, 8 снимается.

Блок определения 12 текущих координат обеспечивает последовательную выдачу значений.

(1)
где x_i и y_i-тые отсчеты координат центра измерительного наконечника,
r радиус измеряемой дуги,
r2i

В микропроцессорном блоке 14 рассчитываются величина радиуса и отклонения измеряемого профиля от окружности, вводится корректировка на радиус измерительного наконечника 4 и обеспечивается индикация результатов измерения.

Для упрощения обработки измерительной информации при использовании импульсных датчиков перемещения, например растровых фотоэлектрических, в схеме на фиг. 3 дополнительно предусмотрены делитель частоты 15 сигнала и схема совпадений 16.

При использовании импульсных преобразователей перемещения для повышения точности измерения используется интерполяция шага. Поскольку в данном случае используются два датчика 5 и 6, интерполяция должна проводиться по двум каналам. Однако, производя отсчеты точно в моменты прихода импульсов одного из датчиков, например датчика 6 горизонтальных перемещений, можно исключить интерполяции по этому каналу. Для обеспечения такой организации сбора информации между выходом блока управления 9 электронными ключами 7 и 8, управляющими входами электронных ключей 7 и 8, установлен блок совпадений 16, второй вход которого соединен с выходом делителя 15 частоты импульсных сигналов, вход которого соединен с выходом датчика 6 горизонтальных перемещений.

Испытания предложенного устройства производились в лабораторных и промышленных условиях на одном из предприятий отрасли.

Предложенное устройство изготавливалось в НИИД с участием ВНИИизмерений (г.Москва).

Микропроцессорный блок устройства 14 дополнительно снабжен двумя электронными ключами 7 и 8, блоком управления 9, последовательно соединенными блоком определения текущих координат центра окружности 12, описываемой центром сферического измерительного наконечника и блоком усреднения текущих координат 13.

Микропроцессорный блок 14 и дополнительные элементы реализованы с применением компонентов на базе серий К 589 и К 155.

Измеряемый объект перемещается относительно двух измерительных фотоэлектрических растровых преобразователей 5 и 6 с диапазоном измерения 0-30 мм и дискретностью 1 мкм (модель БВ-6319) с помощью каретки прямомера мод. БВ-6249.

На каретке прибора с помощью базирующих приспособлений устанавливались измеряемые детали. Так, например, измерялась обойма с беговой дорожкой, являющаяся элементом подшипника качения. Радиус беговой дорожки 6,29 мм. Эта деталь предварительно аттестовывалась на прецизионной координатно-измерительной машине мод. U РСМ-850 фирмы "Opton" (Германия).

Погрешность измерения машины 1,2 мкм. Результаты измерений этой детали на предлагаемом устройстве отличались от аттестованного размера не более 5 мкм, в то время как погрешность прототипа, оцененная по этой методике, составляла 12 мкм.

Использование: измерительная техника, в частности для измерения радиуса отклонения формы незамкнутых дуг окружностей. Сущность изобретения: для повышения точности измерения за счет компенсации влияния радиуса измерительного наконечника устройство содержит датчики 5 и 6 относительных перемещений, электронные ключи 7 и 8, блок 9 управления электронными ключами, аналого-цифровые преобразователи 10 и 11, блок 12 определения текущих координат центра окружности, блок 13 усреднения текущих координат и микропроцессорный блок 14. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения радиуса и отклонений формы незамкнутых дуг окружностей, содержащее два датчика относительных перемещений контролируемой детали и измерительного сферического наконечника в двух взаимно перпендикулярных направлениях, два аналого-цифровых преобразователя и микропроцессорный блок для расчета радиуса и отклонений формы, отличающееся тем, что устройство снабжено двумя электронными ключами, блоком управления ключами, последовательно соединенными блоком для определения текущих координат центра окружности, описываемой центром измерительного наконечника, блоком усреднения текущих координат, при этом информационные входы ключей подсоединены к выходам датчиков перемещений, выходы ключей соединены с входами аналого-цифровых преобразователей, управляющие входы ключей соединены с выходом блока управления, два входа блока управления соединены с выходами соответствующих датчиков перемещения, входы блока определения текущих координат соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, выход блока усреднения координат соединен с входом микропроцессорного блока, а управляющие входы блока определения текущих координат и блока усреднения координат соединены с выходом блока управления. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено делителем частоты, соединенным с выходом одного из датчиков перемещения и блоком совпадений, включенным между выходом блока управления и входами электронных ключей, а выход делителя частоты соединен с вторым входом блока совпадений.