УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И РАДИУСОВ СФЕРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2002 года по МПК G01B5/22 

Изобретение относится к области технологии машиностроения и приборостроения, к технике метрологического обеспечения, а именно к средствам для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий.

Преимущественная область его применения - проектирование и изготовление универсальных высокоточных устройств, предназначенных для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий, в том числе оптических, прецизионных, с применением стандартных средств измерения прямым измерением.

Известен способ контроля вогнутых и выпуклых криволинейных поверхностей радиусными шаблонами (ГОСТ 4126-66). Контроль производят сопряжением шаблона с проверяемой поверхностью: по величине и равномерности просвета судят о качестве обработки (В.И. Берков. Технические измерения. - М.: Высшая школа, 1977, стр.56). Сферические поверхности являются разновидностью таких поверхностей и контролируются аналогичным способом, хотя способ контроля их радиусными шаблонами весьма сложен и особенно затруднителен. Существующие универсальные измерительные инструменты не приспособлены для непосредственного контроля таких поверхностей. Однако, и шаблоны не позволяют производить измерения действительных размеров параметров поверхностей и радиусов сферических изделий. Процесс изготовления шаблонов и контршаблонов с криволинейным профилем также весьма сложен и затруднителен, при этом они обладают свойством терять и менять свои параметры при хранении. Старение, коробление, коррозия, забоины, износ, влияние температуры и другие факторы не позволяют обеспечить достоверность оценки произведенных ими измерений.

Известно авт. св. 122881 G 01 B 05/22 (публикация БИ 19, 1959 г.), в котором заявлен прибор для проверки параметров сферического изделия и поверхности тела вращения, имеющий хвостовую шарнирную часть, снабженную поперечными салазками и служащую для крепления на станке или вне станка. С хвостовой частью шарнирно соединена скоба, снабженная на концах расположенными на поперечных салазках центровыми цапфами для внутренней поворотной скобы, несущей переставной на ней индикатор, с целью точного совмещения точки пересечения оси наконечника индикатора и оси поворота внутренней скобы с центром сферического изделия или при контроле поверхности тела вращения - с базой, от которой заданы координаты точек этой поверхности.

Эти способы измерения размеров параметров поверхностей сферических изделий заключаются в сравнении их параметров с соответствующими параметрами радиусных шаблонов и сферических эталонов.

Недостатком указанных решений, помимо сложности конструкции, является стремление измерять параметры сферических изделий не от начала отсчета отклонений - номинального размера сферического изделия, а от шаблона, подменяющего номинальный размер сферического изделия.

Известен способ определения параметров поверхностей (авт. св. 238170, публикация БИ 9, 20.02.69 г.) на трехкоординатном измерительном устройстве, заключающийся в нахождении координат центров окружностей измеряемого изделия, образованных пересечением контролируемой сферической поверхности с плоскостями, проходящими через ее центр, и по величине размаха показаний индикатора при повороте его вокруг оси вращения определяют некруглость этих окружностей, а радиус их определяют, измерив расстояние между наконечником контактного щупа и осью его вращения.

Известное устройство для измерения радиусов кривизны сопряженных сферических поверхностей, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства (авт. св. 338774, публикация БИ 16, 15.05.72 г.), содержит основание, предметный стол, шпиндель образцового вращения, несущий кривошип с измерительной головкой, на которой установлен измерительный щуп, взаимодействующий с контролируемой поверхностью. Измерительная головка выполнена поворотной вокруг оси, параллельной оси шпинделя образцового вращения, и снабжена вторым измерительным щупом.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают высокого качества измерений размеров параметров поверхностей и радиусов сферических изделий, так как отсчеты, фиксирование координат перемещения изделий, а также расчеты расстояний между щупом и осью его вращения с применением формулы и совмещение центра сферической поверхности с осью шпинделя образцового вращения, совмещение оси измерительного щупа с осью изделия осуществляется путем установочного перемещения контролируемого изделия вдоль трех координатных осей.

Кроме того, наличие большого количества элементов для установочного перемещения усложняет конструкцию устройства, не позволяет с высокой точностью осуществлять все вышеизложенные измерительные операции.

Необходимость многократного снятия и установки на устройство контролируемых изделий требует его многократной настройки, влекущей за собой в ряде случаев накопление погрешности измерения.

Неправильный выбор начала отсчета измерений, т.е. замена при настройке устройства номинального размера эталоном, сопряженной поверхностью и т.д., неизбежно приводит к неправильной оценке измеряемых параметров, а измеренные таким образом величины не могут быть признаны действительными и достоверными. Устройство не позволяет производить измерения размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий, в том числе шарового слоя, шарового сегмента, ступенчатых сферических поверхностей и т.д.

Решаемой технической задачей является разработка устройства для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий с применением стандартных средств измерений прямым измерением и лишенных указанных недостатков.

Технический результат - высокая точность измерений, решение впервые задачи измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий, оценка измерений по отклонениям от заданного номинального размера параметра поверхности и радиуса сферического изделия с применением только высокоточных стандартных плоскопараллельных концевых мер длины и отсчетных устройств прямым измерением, расширение области применения, исключение из практики применения нестандартных средств измерения, не охваченных ГОСТ, простота наладки устройства и его применения, большой экономический эффект, поскольку отпадает необходимость изготовления и применения шаблонов.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий, содержащем основание, предметный стол, имеющий возможность вертикального перемещения, несущий элемент, на котором установлена осевая отсчетная головка с возможностью перемещения вдоль оси предметного стола и поворота вокруг оси, в верхней части основания установлен корпус, ось которого совмещена с осью предметного стола, имеющего возможность вращения, в корпус на двух валиках с возможностью поворота установлен элемент в виде серьги, несущей каретку, имеющую возможность перемещения с осевой отсчетной головкой, ось которой совмещена с осью корпуса, на серьге в пазу со смещением относительно оси валиков шарнирно установлен шатун, соединенный с валом, установленным в корпусе с возможностью перемещения, устройство снабжено съемным упором, имеющим плоскость, параллельную плоскости предметного стола, совмещенную с осью валиков, на корпусе установлено съемное центрирующее приспособление. На нем имеются смотровые окна. А так же устройство снабжено оправкой, установленной на предметном столе.

Изобретение соответствует критерию "Новизна", т.к. в уровне техники не выявлено средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в формуле изобретения.

Ось отсчетной осевой головки в вертикальной плоскости постоянно совмещена с осью предметного стола. Наладка устройства на номинальный размер внутреннего радиуса сферического изделия осуществляется по плоскопараллельным концевым мерам длины (ГОСТ 9038-83) от оси валиков элемента, несущего осевую отсчетную головку до ее наконечника (щупа). С этой целью для удобства и быстроты выполнения этой операции плоскость предметного стола используется как первоначальная промежуточная база для установки на нее набора плоскопараллельных концевых мер длины размером, равным номинальному размеру внутреннего радиуса сферического изделия. Для этого плоскость набора концевых мер, равного номинальному размеру внутреннего радиуса сферического изделия, совмещается с горизонтальной плоскостью упора, установленного на валик серьги, несущей отсчетную осевую головку. Упор съемный, имеет плоский срез. Плоскость среза совмещена с горизонтальной плоскостью оси валика. Установка сферического изделия в соосное положение с осью предметного стола осуществляется съемным самоцентрирующим приспособлением, устанавливаемым на корпус устройства, а основание конуса базируется на внутренней сферической поверхности контролируемого изделия.

Изобретение соответствует условию изобретательского уровня, т.к. не выявлены решения, в которых известна такая же совокупность отличительных признаков с указанным заявителем техническим результатом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема устройства для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий.

Устройство для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий содержит основание 1, несущее предметный стол 2. В верхней части основания 1 установлен корпус 3, ось которого совмещена с осью предметного стола 2. В корпус 3 на валиках 4 установлен элемент, выполненный в виде серьги 5, несущей каретку 6, имеющую возможность перемещения с осевой отсчетной головкой 7, ось которой совмещена с осью корпуса 3. В верхней части серьги 5 выполнен паз, в котором со смещением относительно оси валиков 4 установлена ось 8, на которую установлен шатун 9, соединенный осью в проушинах с муфтой 10. Муфта 10 шарнирно соединена с ведущим валом 11, снабженным штурвалом 12, с помощью которого вал 11 имеет возможность перемещения в вертикальной плоскости. Устройство снабжено оправкой 13, а на корпусе 3 установлено центрирующее приспособление 14.

Устройство, выполненное в соответствии с техническим решением, работает следующим образом.

Каретку 6 вместе с осевой отсчетной головкой 7 путем перемещения вала 11 штурвалом 12 устанавливают в вертикальное положение и фиксируют в этом положении. Перемещением каретки 6 в вертикальной плоскости осевую отсчетную головку 7 устанавливают в крайнее верхнее положение. На предметный стол 2 устанавливают плоскопараллельные концевые меры длины, соответствующие номинальному размеру внутреннего радиуса контролируемого изделия с внутренней сферической поверхностью. На валик 4 серьги 5 устанавливается упор плоским срезом, обращенным к плоскости стола 2. Перемещают предметный стол 2 вместе с плоскопараллельными концевыми мерами длины в вертикальной плоскости до соприкосновения концевыми мерами длины плоскости упора и совмещения их плоскостей. В этом положении стола 2 перемещают каретку 6 с осевой отсчетной головкой 7 до соприкосновения ее наконечника с плоскостью стола 2, обеспечивая запас хода наконечника контактного щупа на возможные отклонения контролируемого изделия, закрепляют головку 6 в этом положении и регистрируют (записывают) показания осевой отсчетной головки. Опускают предметный стол 2 до положения, удобного для установки на нем сферического изделия, размещенного на оправке 13. Упор с валика 4 серьги 5 снимается, а плоскопараллельные меры длины убираются со стола 2. На корпус 3 устанавливается центрирующее приспособление 14, а на предметный стол 2 - контролируемое сферическое изделие с оправкой 13. Сферическое изделие устанавливается в соосное с предметным столом 2 и с осевой отсчетной головкой 7 положение путем базирования на его внутреннюю поверхность торца центрирующего приспособления 14, для чего стол 2 перемещают в вертикальной плоскости с таким расчетом, чтобы базирование состоялось без касания контактного щупа осевой отсчетной головки 7 внутренней поверхности изделия, для чего на конусной части центрирующего приспособления 14 имеются смотровые окна. После установки контролируемого изделия вышеописанным образом стол 2 опускается и центрирующее приспособление 14 удаляется.

При необходимости установки торца изделия в горизонтальное положение та же операция проводится с помощью подобного центрирующего приспособления с крестообразным торцом, базирующемся на торец контролируемого изделия (на чертеже не показано). После удаления центрирующего приспособления 14, перемещая стол 2 вместе с установленной на нем оправкой 13 и соосно установленным контролируемым изделием, последнее приводится во взаимодействие внутренней сферической поверхностью с наконечником контактного щупа осевой отсчетной головки 7, а ведущий вал 11 вращением штурвала 12 перемещается в вертикальной плоскости, приводя во вращательное перемещение через шатун 9 серьгу 8, а с ней осевую отсчетную головку 7, взаимодействующую с внутренней поверхностью контролируемого сферического изделия, причем серьга 8 имеет возможность возвратно-поступательного вращения в зависимости от направления перемещения ведущего вала 11, что позволяет наконечнику контактного щупа осевой отсчетной головки прохождение по всем точкам дуг больших кругов поверхности изделия. Поворотом предметного стола 2 вокруг своей оси на любой угол с одновременным при необходимости перемещением его в вертикальной плоскости производят измерения размеров параметров любого количества дуг больших кругов изделия, добиваясь постоянства показаний (минимального размаха показаний осевой отсчетной головки на каждой из дуг больших кругов), что является признаком совмещения центра дуг больших кругов контролируемого изделия и центра дуги большого круга, описываемой наконечником контактного щупа осевой отсчетной головки в пространстве заданным радиусом.

Сравнивая при измерениях показания отсчетной осевой головки с ее показанием, зафиксированным при настройке (наладке) устройства на номинальный размер радиуса контролируемого изделия по плоскопараллельным мерам длины, оценивают и определяют действительные размеры параметров внутренней поверхности и радиус контролируемого изделия. Они определяются размерами параметров дуг больших кругов изделия и оцениваются по совпадению или отличию (отклонению) их величин от размера параметра дуги большого круга (центр которой совмещен с центром контролируемого сферического изделия), описанной в пространстве при взаимодействии со сферической поверхностью изделия наконечника отсчетной осевой головки с зафиксированным ею до начала измерения показанием размера внутреннего радиуса, равного заданному номинальному размеру внутреннего радиуса сферического изделия, отмеренного по концевым мерам длины от оси валиков 4 серьги 5 до наконечника контактного щупа осевой отсчетной головки 7 и повернутой на угол, равный центральному углу сферы контролируемого изделия.

Таким образом, предлагаемое изобретение на устройство для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий:
1. позволяет применять только стандартные средства измерения, в том числе высокоточные плоскопараллельные концевые меры длины и отсчетные осевые головки пневматические, индуктивные, электрические датчики, механические индикаторы и др. с ценой деления от 0,01 до 0,0001 мм;
2. решает задачу измерений действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий прямым измерением с высокой степенью достоверности;
3. отпадает необходимость проектирования и изготовления одноразовых дорогостоящих нестандартных средств измерения: шаблонов, эталонов, образцов и позволяет снять субъективный фактор оценки измеренных размеров этими средствами;
4. повышает производительность труда за счет простоты применения и обслуживания предлагаемого измерительного устройства;
5. расширяет область применения устройства: позволяет производить измерения размеров параметров любых внутренних сферических поверхностей, в т. ч. шаровых сегментов, шарового слоя, ступенчатых сферических поверхностей, осуществлять точный входной контроль изделий внешней поставки и изделий, бывших в эксплуатации;
6. позволяет производить особо точные разметочные работы на поверхностях сферических изделий;
7. позволяет кардинально повысить качество соединений сферических деталей;
8. позволяет получить значительный экономический эффект.

Изобретение относится к измерительной технике и применяется для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий. Устройство содержит основание, предметный стол, имеющий возможность вертикального перемещения, несущий элемент, установленный в верхней части основания корпус, ось которого совмещена с осью предметного стола. На несущем элементе установлена осевая отсчетная головка с возможностью перемещения вдоль оси предметного стола и поворота вокруг оси. В корпус на двух валиках с возможностью поворота установлен элемент в виде серьги, несущей каретку. Каретка имеет возможность перемещения с осевой отсчетной головкой, ось которой совмещена с осью корпуса. На серьге в пазу со смещением относительно оси валиков шарнирно установлен шатун, соединенный с валом, установленным в корпусе с возможностью перемещения. Устройство снабжено съемным упором, имеющим плоскость, параллельную плоскости предметного стола, совмещенную с осью валиков. На корпусе установлено съемное центрирующее приспособление со смотровыми окнами. На предметном столе установлена оправка. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения, снижение затрат, повышение производительности труда. 1 ил.

1. Устройство для измерения действительных размеров параметров внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий, содержащее основание, предметный стол, имеющий возможность вертикального перемещения, несущий элемент, на котором установлена осевая отсчетная головка с возможностью перемещения вдоль оси предметного стола и поворота вокруг оси, отличающееся тем, что в верхней части основания установлен корпус, ось которого совмещена с осью предметного стола, имеющего возможность вращения, в корпус на двух валиках с возможностью поворота установлен элемент в виде серьги, несущей каретку, имеющую возможность перемещения с осевой отсчетной головкой, ось которой совмещена с осью корпуса, на серьге в пазу со смещением относительно оси валков шарнирно установлен шатун, соединенный с валом, установленным в корпусе с возможностью перемещения, устройство снабжено съемным упором, имеющим плоскость, параллельную плоскости предметного стола, совмещенную с осью валиков, на корпусе установлено съемное центрирующее приспособление. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на центрирующем приспособлении имеются смотровые окна. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено оправкой, установленной на предметном столе.