ПНЕВМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ Российский патент 1997 года по МПК G01B13/00 G01B13/02 G01B13/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров, например для автоматического контроля износа режущей части инструмента, применяемого на многооперационных станках с ЧПУ либо в качестве органа технического зрения робота.

Известно пневматическое устройство для линейных измерений [1] содержащее корпус с внутренней полостью, размещенный в нем поршень, измерительное сопло, отсчетный блок, собранный на m-струйных генераторах колебаний, имеющих различные длины ветвей обратной связи и m-струйных элементах ИЛИ-НЕ ИЛИ и n-силовых сопел, размещенных в поршне параллельно измерительному соплу и пневматически связанных с пневматическим усилителем, управляющий вход которого соединен с линией обратной связи одного из струйных генераторов колебаний. Однако для установки данного устройства, например, на металлорежущий станок с ЧПУ необходимы устройства, преобразующие пневматический сигнал в систему команд, понятную системе управления (СУ) ЧПУ станка, а это усложняет схему, делает ее надежной и дорогостоящей, а также снижает быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа пневмоэлектрический датчик линейных размеров [2] содержащий измерительное устройство, выполненное в виде эжекторного сопла, состоящего из питающего, выходного и измерительного каналов, и пневмоэлектрообразователь, состоящий из фотодиода, направленного на термоэлемент, который сообщен с полостью низкого давления эжекторного сопла. Однако пневмоэлектропреобразователь формирует сигнал, поступающий в СУ ЧПУ станка только при определенно заданном зазоре Z=0.0,5 мм и в случае, когда положение пневмоэлектрического датчика не определено в пространстве (он закреплен неподвижно) либо неизвестно положение измеряемого объекта (ИО) (например, значение какого-либо размера режущего инструмента), то может произойти их столкновение, а так как рекомендуемая скорость ускоренного подвода при измерительных операциях на станках с ЧПУ составляет 500.1000 мм/мин, а система ЧПУ обладает определенной инерционностью, может произойти поломка датчика либо ИО. Если скорость подвода ИО к пневмоэлектрическому датчику на определенном расстоянии программно уменьшить с 500.1000 мм/мин до 5 мм/мин, то запаздывание системы ЧПУ (вследствие ее инерционности) не окажет влияние на надежность измерительной системы в целом, но при неизвестном положении датчика в пространстве или ИО большое расстояние, проходимое со скоростью 5 мм/мин, значительно увеличит время измерения.

Цель изобретения повышение надежности и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что пневмоэлектрический датчик линейных размеров, содержащий эжекторное сопло с питающим, выходным и измерительным каналами, сообщенный с полостью низкого давления эжекторного сопла пневмоэлектропреобразователь с термоэлементом и фотодиодом, направленным на термоэлемент, дополнительно снабжен распределителем воздуха, в эжекторном сопле выполнен кольцевой канал, диаметр которого больше диаметра выходного канала эжекторного сопла, и второй питающий канал, соединенный с кольцевым каналом, а оба питающих канала и пневмоэлектропреобразователь соединены с распределителем воздуха.

На чертеже представлено поперечное сечение пневмоэлектрического датчика линейных размеров.

Пневмоэлектрический датчик линейных размеров содержит измерительное устройство 1, пневмоэлектропреобразователь 2 и распределитель 3. Измерительное устройство, выполненное в виде дроссельно-эжекторного измерителя (эжекторное сопло), состоит из питающего канала 4, канала 5 выхода воздуха в атмосферу и измерительного канала 6, сообщающего полость низкого давления эжекторного сопла с пневмоэлектропреобразователем 2, состоящим из сопла 7 и приемного канала 8, в котором размещены термоэлемент 9 и направленный на него фотодиод 10. Термоэлемент и фотодиод соединены с СУ (не показано) и с распределителем 3. Второе совмещенное измерительное устройство, состоящее из питающего канала 11, кольцевого канала 12, диаметр D которого больше диаметра выходного канала 5 и измерительного канала 6. Питающие каналы 4 и 11 соединены с распределителем 3.

Диаметр D кольцевого канала 12, примерно равный Z расстоянию до ИО в случае непрерывной поверхности, выбирается в зависимости от решаемых задач. При использовании пневмоэлектрического датчика линейных размеров на многооперационных станках для измерения износа режущих лезвий инструмента диаметр D кольцевого канала 12 выбирается равным 7 мм, в этом случае расстояние до режущих лезвий инструмента, при котором происходит срабатывание пневмоэлектропреобразователя 2 и распределителя 3, составляет Z=4,95 мм, а погрешность измерения в данном случае 0,1.0,3 мм.

Пневмоэлектрический датчик линейных размеров работает следующим образом.

При движении ИО (датчика) к пневмоэлектрическому датчику (ИО) из СУ на термоэлемент 9 подается напряжение до +5 В и на фотодиод 10 поступает поток инфракрасного излучения. На выходе фотодиода 10 формируется сигнал логический "0", равный 2,4 В. В это же время сжатый воздух с постоянным давлением подается через распределитель 3, в питающий канал 11 и при отсутствии перед пневмоэлектрическим датчиком ИО истекает из кольцевого канала 12 в атмосферу, создавая в каналах 5 и 6 отрицательное давление (ниже атмосферного). Отрицательное давление поступает в сопло 7 пневмоэлектропреобразователя 2. Происходит приток в сопло 7 воздуха из атмосферы. Охлаждение термоэлемента 9, установленного в приемном канале 8, не происходит. В СУ поступает сигнал "0", свидетельствующий об отсутствии перед пневмоэлектрическим датчиком ИО. При достижении ИО установленного зазора (например, при измерении износа режущих лезвий инструмента, применяемого на многооперационных станках с ЧПУ Z= 4,95 мм) происходит перекрытие канала 12 второго совмещенного измерительного устройства настолько, что избыточный поток воздуха (давление выше атмосферного) через каналы 5 и 6, сопло 7 поступает в канал 8. Термоэлемент 9, охлаждаясь, уменьшает величину светового потока инфракрасного излучения, поступающего на фотодиод 10 настолько, что величины светового потока недостаточно для его срабатывания. На выходе фотодиода 10 формируется сигнал логическая "1", равный 2,4 В, который, поступая в СУ, дает команду на изменение скорости подвода ИО (например, при измерениях на многооперационных станках с ЧПУ с 500.1000 мм/мин до 5.10 мм/мин в данном случае ИО может переместиться за счет инерционности СУ станка на 0,5.1 мм) и на распределитель 3. Распределитель 3 переключает подвод сжатого воздуха с канала 11 на канал 4. На выходе фотодиода 10 формируется сигнал "0". Сжатый воздух с постоянным давлением через канал 4 и 5 истекает в атмосферу, создавая в канале 6 отрицательное давление. Отрицательное давление поступает в сопло 7 пневмоэлектропреобразователя 2. Происходит приток в сопло 7 воздуха из атмосферы. Охлаждение термоэлемента 9, установленного в приемном канале 8, не происходит. В СУ поступает сигнал "0", свидетельствующий об отсутствии перед пневмоэлектрическим датчиком ИО. При достижении ИО установленного зазора (например, при измерении износа режущих лезвий инструмента, применяемого на многооперационных станках с ЧПУ Z=0,5 мм) происходит перекрытие канала 5 измерительного устройства 1 настолько, что избыточный поток воздуха через канал 6, сопло 7 поступает в канал 8. Термоэлемент 9, охлаждаясь, уменьшает величину светового потока инфракрасного излучения, поступающего на фотодиод 10, настолько, что величины светового потока недостаточно для его срабатывания. На выходе фотодиода 10 формируется сигнал "1", который, поступая в СУ, дает команду на останов ИО (датчика) и на отсчет с помощью датчиков обратной связи величины перемещения и на вычисление измеряемых параметров ИО.

Размещение термоэлемента 9, фотодиода 10 и выбор величин зазоров Z зависит от оптимальных условий работы пневмоэлектрического датчика линейных размеров (максимальная продолжительность работы термоэлемента 9, минимальная величина гистерезиса в работе фотодиода 10).

Использование пневмоэлектрического датчика линейных размеров позволит за счет наличия двух совмещенных измерительных устройств определять размеры ИО, не зная положения как самого датчика, так и ИО в пространстве, и не задавать перемещений или размеров программно. Наличие второго совмещенного измерительного устройства позволяет сформировать управляющую команду на изменение скорости перемещения и уменьшить ее за 3.4 мм до датчика. Таким образом, использование предлагаемого датчика позволит повысить надежность измерительной системы и уменьшить время, затрачиваемое на измерение.

Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что заявляемый датчик легко реализуется на практике и соответствует критерию "промышленная применимость".

Использование: в измерительной технике, для измерения линейных размеров. Сущность: пневмоэлектрический датчик линейных размеров содержит измерительный узел, выполненный в виде эжекторного сопла, состоящего из питающего, выходного и измерительного каналов и пневмоэлектропреобразователя, состоящего из фотодиода, направленного на термоэлемент, который сообщен с полостью низкого давления эжекторного сопла. Датчик снабжен распределителем воздуха, соединенным с пневмоэлектропреобразователем, кольцевым каналом, диаметр которого больше диаметра выходного канала эжекторного сопла, вторым питающим каналом, соединенным с кольцевым каналом. Питающие каналы измерительного узла и кольцевого канала соединены с распределителем воздуха. 1 ил.

Пневмоэлектрический датчик линейных размеров, содержащий эжекторное сопло с питающим, выходным и измерительным каналами, сообщенный с полостью низкого давления эжекторного сопла пневмоэлектропреобразователь с термоэлементом и фотодиодом, направленными на термоэлемент, отличающийся тем, что он снабжен распределителем воздуха, в эжекторном сопле выполнен кольцевой канал, диаметр которого больше диаметра выходного канала эжекторного сопла, и второй питающий канал, соединенный с кольцевым каналом, а оба питающих канала и пневмоэлектропреобразователь соединены с распределителем воздуха.