НАКЛАДНОЙ КРУГЛОМЕР Российский патент 2003 года по МПК G01B5/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метрологических устройствах для измерения ошибок профиля, включая измерение отклонения от круглости.

Известно приспособление для контроля круглости (SU 295011, 02.01.67, G 01 B 5/20). Оно содержит корпус с прецизионным шпиндельным узлом, состоящим из гильзы и шпинделя, механизм тонкого центрирования шпинделя, индикатор, щуп которого расположен на нижнем конце шпинделя, причем корпус снабжен трехкулачковым механизмом для установки и закрепления приспособления на проверяемой детали. Результаты контроля круглости не отличаются достоверностью, из-за наличия установочных погрешностей.

Известен способ и устройство для измерения некруглостей (US 3942253, 03.05.74, G 05 В 5/20). Устройство содержит измеритель линейных перемещений, радиальные базирующие опоры, которые выполнены в виде многоступенчатых самоустанавливающихся балансиров, расположенных симметрично относительно измерителя линейных перемещений. Для измерения некруглости различных диаметров контролируемых деталей, необходимо каждый раз проводить измерительные и установочные операции по технологической перенастройке балансиров, охватывающих диаметр.

Известен накладной кругломер (RU 2134404, 19.10.98 г., G 01 В 5/20). Он содержит корпус с измерительным датчиком и симметрично расположенные относительно датчика многоступенчатые самоустанавливающиеся опоры в виде балансиров и ползунов. Направляющие корпуса и балансиры каждой ступени снабжены измерительными линейками с ползунами, которые имеют возможность перемещения вдоль последних. Корпус установлен на рычаге, связанном шарнирно со стойкой.

К недостаткам описанных выше кругломеров можно отнести необходимость точной регулировки положения опор на измерительных линейках относительно измеряемой детали. Кроме того, наличие узлов с осями вращения снижает надежность и точность всего устройства.

Задачи, на решение которых направлено изобретение, состоят:
- в повышении точности контроля измерения некруглости детали,
- повышении надежности и точности кругломера.

Поставленная задача решена следующим образом. Накладной кругломер содержит корпус с измерительным датчиком и симметрично расположенные относительно датчика многоступенчатые самоустанавливающиеся опоры. Корпус и многоступенчатые опоры могут быть выполнены в виде единого целого из единой заготовки материала, при этом корпус представляет собой скобу, охватывающую измеряемую деталь, на плечах скобы сформированы многоступенчатые самоустанавливающиеся опоры, каждая ступень которых выполнена из упругих шарниров и балансиров, причем каждый упругий шарнир сформирован в виде упругой перемычки между балансирами предыдущей и последующей ступеней, на концах упругих шарниров каждой ступени сформированы балансиры, имеющие возможность совершать качательные движения. Контакт опор с поверхностью контролируемой детали осуществляется в точках, определяемых постоянно заданными углами μ₀,μ₁,μ₂. На каждой ступени введены упоры, ограничивающие угол поворота балансиров. При необходимости кругломер может быть установлен на стойке.

Для измерения деталей с большими размерами диаметров конструкция кругломера может быть выполнена из нескольких отдельных деталей, которые жестко соединены между собой.

Такая конструкция кругломера позволила избавиться от шарнирных опор, необходимости настройки балансиров, что привело к повышению точности измерения и надежности кругломера.

На чертеже представлен общий вид кругломера.

Накладной кругломер состоит из корпуса 1, который установлен на рычаге 2. Рычаг шарнирно связан со стойкой 3. В корпусе 1 установлен измерительный датчик 4.

Корпус 1 содержит систему многоступенчатых самоустанавливающихся опор, охватывающих контролируемое изделие. Каждая ступень состоит из симметрично расположенных относительно вертикальной оси корпуса упругих шарниров и балансиров.

На чертеже приведен пример конструкции кругломера с двухступенчатыми опорами.

Корпус кругломера, упругие шарниры, балансиры выполнены в виде единого целого из единой заготовки материала и представляют собой единую монолитную деталь.

Корпус кругломера 1 выполнен в виде скобы, охватывающей измеряемую деталь. На плечах скобы симметрично расположены два упругих шарнира первой ступени 5. Каждый упругий шарнир 5 сформирован в виде упругой перемычки между скобой и балансиром первой ступени 6. На концах упругих шарниров 5 сформированы балансиры первой ступени 6. Балансиры 6 имеют возможность совершать качательные движения. Они представляют собой коромысла, на плечах которых расположены упругие шарниры второй ступени 7. Каждый упругий шарнир 7 сформирован в виде упругой перемычки между балансирами первой ступени 6 и балансирами второй ступени 8 (башмаками). Балансиры 8 имеют возможность совершать качательные движения.

Оси качания упругих шарниров 5 и 7 параллельны оси измеряемой детали. Так как поверхность башмаков контактирует с поверхностью измеряемой детали, то она снабжена вставками из твердого сплава или фторопласта.

Угол поворота балансиров первой и второй ступеней ограничен упорами. Упоры 9, 10 предохраняют упругие шарниры 5 и 7 от поломки.

В центре корпуса 1 установлен измерительный датчик 4 с наконечником, который контактирует с контролируемой поверхностью детали.

Для возможности установки кругломера на станке корпус 1 шарнирно устанавливают на рычаг 2 с противовесом, который в свою очередь шарнирно крепится к стойке 3. Стойка может быть установлена на станину, суппорты, шлифовальную бабку станка.

Однако, если требуется производить измерения на деталях с большими размерами диаметров, то выполнение кругломера из единой монолитной детали становится проблематичным. В этом случае конструкция кругломера может состоять из нескольких отдельных деталей, которые известными способами соединяют между собой. Например, конструкция, приведенная на чертеже, может быть выполнена из двух симметричных относительно вертикальной оси кругломера деталей, которые потом соединяют между собой.

Возможен вариант, когда упругие шарниры выполнены в виде отдельных гибких элементов (перемычек), жестко установленных на балансирах предыдущей и последующей ступеней опор.

Для проведения измерений корпус кругломера опускают на контролируемую поверхность вращающейся детали и он под действием веса прижимается к ней самоустанавливающимися опорами. Затем проводят грубую и точную настройку измерительного датчика, приводят деталь во вращение и начинают измерения.

Многоступенчатые опоры совершают качательные движения относительно осей упругих шарниров 5, 7 и обеспечивают постоянный контакт башмаков с контролируемой поверхностью детали. Система опор, имеющая несколько степеней свободы в плоскости измеряемого профиля, обеспечивает постоянное слежение измерительного датчика за поверхностью контролируемой детали. При этом нестабильность положения точки О - центра средней окружности контролируемого профиля детали, не влияет на показания измерительного датчика 4, фиксирующего круглость опорного сечения вращающейся детали.

Контакт башмаков кругломера с поверхностью контролируемой детали определяется постоянно заданными углами μ₀,μ₁,μ₂, где:
μ₀ - угол, образованный вертикалью и радиусом, проходящим через ось качания балансира первой ступени (точки O₅ или О₆) и центр вращения детали (точка О),
μ₁ - угол, образованный радиусами, проходящими через центр вращения детали, ось качания башмака (точки О₁, О₂, О₃, О₄) и ось качания балансира первой ступени (точки O₅, O₆),
μ₂ - угол, образованный радиусами, проходящими через центр вращения детали, ось качания башмака (точки О₄, O₅) и через точку контакта опорной поверхности одного плеча башмака с деталью.

Этими углами определяются положения осей упругих шарниров каждой ступени.

Система многоступенчатых самоустанавливающихся опор при взаимодействии с поверхностью вращающейся детали стабилизирует положение центра средней окружности контролируемого профиля детали (точка О) относительно датчика 4. При этом линейные перемещения щупа датчика зафиксируют отклонения контролируемого профиля от окружности.

Предлагаемая конструкция накладного кругломера позволяет измерять детали любой длины, однако имеет ограничения по диапазону измеряемых диаметров. Так как конструкция проста и экономична в изготовлении, то указанные ограничения можно компенсировать изготовлением наборов кругломеров, которые предназначены для измерения определенного ряда размеров контролируемых диаметров.

Предлагаемое изобретение найдет применение в тех областях техники, где требуется решать задачи измерения круглости сечений валов, а также измерять конусность или бочкообразность.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метрологических устройствах для измерения ошибок профиля, включая измерение отклонения от круглости. Кругломер содержит корпус (1) с измерительным датчиком (4) и симметрично расположенные относительно датчика многоступенчатые самоустанавливающиеся опоры. Корпус (1) и многоступенчатые опоры могут быть выполнены в виде единого целого из единой заготовки материала. Корпус (1) представляет собой скобу, охватывающую измеряемую деталь, на плечах скобы сформированы многоступенчатые самоустанавливающиеся опоры, каждая ступень которых выполнена из упругих шарниров (5, 7) и балансиров (6, 8), причем каждый упругий шарнир сформирован в виде упругой перемычки. Балансиры (6, 8) установлены с возможностью совершения качательных движений. Технический результат: повышение точности измерения и надежности кругломера. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Накладной кругломер, содержащий корпус с измерительным датчиком и симметрично расположенные относительно датчика многоступенчатые самоустанавливающиеся опоры, отличающийся тем, что корпус кругломера выполнен в виде скобы, охватывающей измеряемую деталь, при этом на плечах скобы симметрично расположены два упругих шарнира первой ступени, каждый упругий шарнир сформирован в виде упругой перемычки между скобой и балансиром первой ступени, причем на концах упомянутых упругих шарниров сформированы балансиры первой ступени, которые имеют возможность совершать качательные движения и представляют собой коромысла, на плечах которых расположены упругие шарниры второй ступени и каждый такой упругий шарнир сформирован в виде упругой перемычки между балансирами первой ступени и балансирами второй ступени (башмаками), при этом башмаки имеют возможность совершать качательные движения. 2. Кругломер по п. 1, отличающийся тем, что корпус и многоступенчатые опоры выполнены в виде единого целого из единой заготовки материала. 3. Кругломер по п. 1, отличающийся тем, что корпус и многоступенчатые опоры выполнены в виде отдельных узлов и/или деталей. 4. Кругломер по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что на каждой ступени опоры введены упоры, ограничивающие угол поворота балансиров. 5. Кругломер по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что дополнительно введена стойка, шарнирно связанная с рычагом, на котором установлен с возможностью поворота корпус. 6. Кругломер по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что балансиры последней ступени снабжены твердосплавными износостойкими прокладками.