БЫСТРОПЕРЕНАЛАЖИВАЕМАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 2000 года по МПК G01B7/12 G01B5/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для активного контроля изделий в машиностроении при необходимости частой переналадки с одного контролируемого размера на другой.

Известна измерительная головка [1], содержащая размещенные в корпусе два двуплечих рычага, измерительные наконечники, закрепленные на одном из плеч рычагов, а также преобразователи измерений и механизм фиксации поворотных рычагов. Механизм выполнен в виде поворотных кулаков барабанного типа, соединенных с рукояткой. При переналадке такой головки происходит неконтролируемое смещение "исходного нуля", что связано с наличием зазоров в механизме.

Известна также измерительная головка [2], принятая за прототип. Головка содержит корпус, размещенные в нем два двуплечих рычага, измерительные наконечники, закрепленные на одном из плеч рычагов, преобразователи перемещений, взаимодействующие с другими плечами рычагов. В корпусе установлены две поворотные планки, соединенные со вторыми концами рычагов посредством упругих шарниров. На обращенных к рычагам сторонах планок выполнены пазы, в них установлены упоры, подпружиненные к планкам. Узел фиксации выполнен в виде размещенной в корпусе прижимной колодки, связанной с ним посредством винта. Такая конструкция позволяет стабилизировать относительное положение элементов преобразователя головки в момент переналадки, что повышает ее точность. Однако по мере износа упоров в процессе эксплуатации настройка измерительных преобразователей изменяется, поскольку уменьшается фиксируемое расстояние между планками и рычагами в момент переналадки (смещается "условный нуль"). Кроме того, положение планок после переналадки фиксируется прижимной колодкой путем затяжки винта, причем усилие затяжки не контролируется, что приводит к неконтролируемым деформациям корпуса и несколько снижает точность наладки головки на размер. Кроме того, оси отверстий, предназначенных для установки упоров в планках, расположены под углом порядка 5^o, а размер самих упоров подлежит подгонке по месту для установки правильного относительного положения планок и рычагов в процессе сборки головки. Это создает некоторые технологические затруднения.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет возможности регулировки относительного положения планок рычагов в процессе сборки или ремонта головки, а также за счет стабилизации сил зажима планок. Указанная цель достигается тем, что в быстропереналаживаемой измерительной головке, содержащей корпус, размещенные в нем два двуплечих рычага, измерительные наконечники, закрепленные на одних плечах рычагов, преобразователи перемещений, взаимодействующие с другими плечами рычагов, а также соединенные посредством шарниров с рычагами и установленные на осях в корпусе две планки, на обращенных к рычагам сторонах которых выполнены пазы, в пазах установлены упоры, подпружиненные к планкам, и узел фиксации с размещенной в корпусе прижимной колодкой, на обращенных к планкам сторонах рычагов выполнены наклонные пазы. В пазах закреплены одним концом упругие пластины, а с противоположной стороны рычагов выполнены резьбовые отверстия. В них установлены регулировочные винты с возможностью взаимодействия с упорными пластинами. Узел фиксации включает установленный в корпусе эксцентриковый валик. С валиком связан упругий рычаг, который шарнирно оперт на прижимную колодку и соединен с корпусом винтом.

Такое решение позволяет поворотом регулировочного винта изменять положение упругих пластин, с которыми взаимодействуют упоры, и, следовательно, регулировать в процессе сборки или ремонта относительное положение планок и рычагов, устанавливая или восстанавливая "условный нуль" преобразователя. Одновременно исключается необходимость подгонки по месту размера упора, а также выполнения оси отверстия для упора под углом, что существенно улучшает технологичность головки.

Наличие эксцентрика и упругого рычага позволяет установить с помощью винта оптимальную силу прижима колодки. Эта сила в процессе эксплуатации будет постоянной независимой от оператора. Оптимальная и стабильная сила зажима вызывает одинаковые при каждой переналадке головки деформации корпуса, которые легко учесть при настройке.

На чертеже фиг. 1 изображена быстропереналаживаемая измерительная головка (крышка не показана); на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез по В-В на фиг. 1.

Головка состоит из корпуса 1, внутри которого размещены две планки 2, имеющие возможность поворота относительно осей 3. Двуплечие рычаги 4 соединены с планками 2 с помощью шарниров, например упругого шарнира, роль которого выполняет тонкая перемычка 5. Одно из плеч каждого рычага 4 снабжено щупом 6 и измерительным наконечником 7. Измерительные наконечники 7 опираются на контролируемое изделие. Между рычагами 4 и планками 2 установлены пружины 8, предназначенные для создания измерительного усилия. Основание 9 измерительного преобразователя размещено на планке 2, подвижная его часть 10 - на рычаге 4. В теле каждой планки 2 выполнено отверстие, вдоль оси его выполнен паз 11. В отверстии и в пазу размещен упор 12, поджимаемый пружиной 13. Отверстие закрыто резьбовой пробкой 14.

На обращенных к планкам 2 сторонах рычагов 4 выполнены под углом α наклонные пазы. Угол α выбирается меньшим угла трения (обычно достаточно взять α = 5^o). В пазах установлены упругие пластины 15, выполненные из закаленной стали. Пластины 15 закреплены в пазах одним концом с помощью винтов 16. Другой конец пластины опирается на торец регулировочного винта 17, расположенного в резьбовом отверстии, выполненном наклонно с противоположной стороны рычагов. Наклон осей резьбовых отверстий выбирается таким, чтобы при настройке головки в процессе сборки ее сборщик имел доступ к снабженным шлицами торцам винтов 17, не извлекая рычаги 4 в сборе с планками 2 из корпуса 1.

В рабочем положении между упорами 12 и пластинами 15 имеется зазор Δ.
Внутри корпуса размещена прижимная колодка 18. На колодку шарнирно оперт средней частью двуплечий рычаг 19. Роль шарнира выполняет шарик 20, размещенный в соответствующих гнездах колодки 18 и рычага 19. Одно плечо рычага 19 связано с корпусом 1 с помощью винта 21 и комплекта сферических шайб 22 и 23. На этом плече рычага 19 выполнена проточка 24, в результате чего в этом месте рычаг получает возможность значительной упругой деформации и может выполнять одновременно функции упругого элемента. Второе плечо рычага 19 имеет паз, в котором размещена эксцентричная шейка эксцентрикового валика 25, установленного в корпусе 1. Эксцентриковый валик 25 выходит наружу через отверстие в корпусе. На наружном конце валика 25 закреплена с помощью шпонки 26 рукоятка 27.

В месте выхода из корпуса 1 рычага 4 установлена гибкая уплотнительная манжета 28. В планку 2 ввернут винт 29, головка которого с зазором расположена в теле рычага 4. Корпус закрыт крышкой 30. Винт 31 предназначен для законтривания винта 21.

Быстропереналаживаемая измерительная головка работает следующим образом. В процессе измерения контролируемой детали поворотные планки 2 прижаты к стенке корпуса 1 с помощью колодки 18, усилие на которую передается через шарик 20 от рычага 19, удерживаемого эксцентриковой шейкой валика 25. Под действием колодки 18 упоры 12 утоплены в отверстиях и смещены к стенке корпуса 1, а между каждым упором 12 и упругой пластиной 15 имеется зазор Δ, позволяющий рычагу 4 поворачиваться, смещая в обе стороны от положения "условного нуля" подвижную часть 10 измерительного преобразователя. Благодаря наличию зазоров между головкой винта 29 и телом рычага 4, винт 29 не препятствует рабочим смещениям рычага 4. Измерительные наконечники 7 опираются на контролируемую поверхность, изменение размера которой приводит к изменению относительного положения каждого рычага 4 и планки 2, которая неподвижна в процессе измерения. Смещение относительно друг друга основания 9 измерительного преобразователя и его подвижной части 10 регистрируется соответствующей аппаратурой (на чертеже не показана).

При необходимости перейти к контролю деталей другого диаметра (например, большего, как показано на фиг. 1), планки 2 освобождаются от усилий, действующий на них со стороны прижимной колодки 18, Для этого необходимо с помощью рукоятки 27 повернуть на 180^o эксцентриковый валик 25. Связанный с эксцентриковой шейкой конец рычага 19 сместится, рычаг 19 повернется относительно точки закрепления (головки винта 21) и середина рычага 19 сдвинется, освобождая колодку 18, которая под действием пружин 13 и упоров 12 сместится в сторону крышки 30. При этом упоры 12, смещаясь в отверстии и в пазу, сближаются с наклонной поверхностью упругих пластин 15, причем одновременно пружины 8 поворачивают рычаги 4, прижимая упоры 12 к поверхности упругих пластин 15. Величина Δ выбирается таким образом, чтобы после контакта упора 12 и пластины 15 основание 9 и подвижная часть измерительного преобразователя 10 находились в положении, соответствующем "условному нулю" измерительной системы. Затем измерительные наконечники 7 со щупами 6 и планками 2 вручную разводятся оператором за счет поворота планок 2 относительно осей 3. Головка винта 29 при этом препятствует отводу рычагов 4 от планок 2 на величину, большую допустимой. Затем в центрах станка, на котором установлена головка, устанавливается эталонная деталь требуемого размера, после чего измерительные наконечники 7 сводятся оператором вручную до контакта с поверхностью эталонной детали. Благодаря упорам 12 и пружинам 8 установка нуля при этом не изменяется. Для того, чтобы усилие пружины 8 и другие случайные силы не смещали при переналадке упор 12 угол наклона паза и упругой пластины 15 в рычаге 4 выбран меньшим угла трения (практически достаточно взять α = 5^o). Затем, удерживая рукой измерительные наконечники 7 на поверхности эталонной детали, оператор вновь поворачивает рукоятку 27 на 180^o. Для точной установки рукоятки в положения "зажато" и "переналадка" в нее установлен фиксатор (на чертежах не показан). Вместе с рукояткой поворачивается эксцентриковый валик 25, смещая связанный с ним конец рычага 18. Рычаг 19 поворачивается, передавая через шарик 20 усилие на прижимную колодку 18. Величина этого усилия зависит от величины упругой деформации рычага 19 и может быть отрегулирована путем затяжки винта 21 при установке рукоятки в положение "зажато". После преодоления усилия предварительного натяга пружин 13 колодка 18 смещается, прижимая планки 2 к стенке корпуса и одновременно утапливая упоры 12 в отверстиях и смещая их в пазах планки 2. Смещаясь, упор 12 отводится от наклонной поверхности упругой пластины 15, образуя с нею зазор Δ и освобождая рычаг 4. Переналадка головки закончена, и она готова к контролю детали с размером, соответствующим вновь установленному эталону.

Наличие регулировочных винтов 17 позволяет легко осуществлять настройку головки в процессе сборки. Изменяя положение незакрепленного конца упругой пластины 15 путем поворота винта 17 можно регулировать величину зазора Δ. В результате исключается подгонка высоты упора 12, что является трудоемкой операцией. Кроме того, если в процессе эксплуатации головки возникает некоторый износ упоров 12 или пластин 15 в месте контакта, то путем указанной регулировки последствия износа легко устранить.

Рычаг 19 выполняет одновременно функции рычага и упругого элемента. Использование его в конструкции позволяет получить заранее установленную стабильную силу зажима планок 2 даже при некотором износе элементов зажимного устройства в процессе эксплуатации (при наличии жесткого рычага усилие зажима резко падало бы при малейшем износе, например, поверхности эксцентриковой шейки). Стабильная сила зажима при фиксации положения планок 2 вызывает одинаковые при любой переналадке деформации корпуса и других деталей, и, следовательно, стабильные погрешности, которые легко учесть при настройке.

Источники информации:
1. Патент EP N 0118728, кл. C 01 B 7/12, 1984 г.

2. А.с. 1755035, Бюл. N 30, 15.08.92.

Головка предназначена для активного контроля размеров изделий в машиностроении и может быть использована при необходимости частой переналадки с одного контролируемого размера на другой. Головка включает корпус, размещенные в нем два двуплечих рычага, на одном из плеч которых установлены измерительные наконечники. Другие плечи рычагов взаимодействуют с преобразователями перемещений. С рычагами шарнирно соединены две планки, установленные на осях в корпусе. На обращенных к рычагам сторонах планок выполнены пазы, в которых установлены упоры, подпружиненные к планкам. Особенностью устройства является то, что на обращенных к планкам сторонах рычагов выполнены наклонные пазы, в которых закреплены одним своим концом упругие пластины. С противоположной стороны рычагов выполнены резьбовые отверстия, в которых установлены регулировочные винты. Винты могут взаимодействовать с упругими пластинами. Узел фиксации поворотных рычагов включает установленный в корпусе эксцентриковый валик. С ним связан упругий рычаг, шарнирно опертый на прижимную колодку и соединенный с корпусом винтом. Конструкция головки позволяет контролировать положение "условного нуля" и стабилизировать силу прижима планок и тем самым повысить точность измерения. 4 ил.

Быстропереналаживаемая измерительная головка, содержащая корпус, размещенные в нем два двуплечих рычага, измерительные наконечники, закрепленные на одних плечах рычагов, преобразователи перемещений, взаимодействующие с другими плечами рычагов, а также соединенные посредством шарниров с рычагами и установленные на осях в корпусе две планки, на обращенных к рычагам сторонах которых выполнены пазы, в пазах установлены упоры, подпружиненные к планкам, и узел фиксации с размещенной в корпусе колодкой, отличающаяся тем, что на обращенных к планкам сторонах рычагов выполнены наклонные пазы, в которых закреплены одним концом упругие пластины, с противоположной стороны рычагов выполнены резьбовые отверстия, в которых установлены с возможностью взаимодействия с упругими пластинами регулировочные винты, а узел фиксации включает установленный в корпусе эксцентриковый валик и связанный с ним упругий рычаг, шарнирно опертый на колодку и соединенный с корпусом винтом.