СФЕРОМЕТР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МОТОРИКИНА Г.П. Российский патент 2003 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 наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий.

Преимущественная область его применения - проектирование и изготовление универсальных высокоточных устройств, предназначенных для измерения действительных размеров параметров наружных и 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", Москва, 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 а.с. 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 контроля 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 (а.с. 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 (а.с. 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 наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий на одном устройстве, в том числе шарового слоя, шарового сегмента, ступенчатых сферических поверхностей и т.д.

Решаемой технической задачей является разработка универсального инструмента - сферометра для измерения действительных размеров параметров наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий на одном устройстве с применением стандартных средств измерений прямым измерением и лишенного указанных выше недостатков.

Технический результат - высокая точность измерений, решение впервые задачи измерения действительных размеров параметров наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий одним универсальным измерительным устройством, 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. Достигается большой экономический эффект, поскольку отпадает необходимость изготовления и применения шаблонов.

Поставленная задача решается тем, что сферометр универсальный для прямого измерения действительных размеров параметров наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий, содержащий основание, предметный стол со столешницей, несущее устройство, на котором установлена осевая отсчетная головка с возможностью перемещения вдоль оси предметного стола и поворота вокруг осей несущего устройства, отличается тем, что основание со столом соединено нижними штангой, направляющей и микрометрическим винтом с установленной на них нижней кареткой для перемещения в вертикальной плоскости несущего устройства, состоящего из двух частей, установленных шарнирно, одна из которых выполнена в виде верхней каретки, установленной на верхние штангу, направляющую и микрометрический винт, соединеннные образцовым шпинделем вращения с нижней кареткой, а вторая часть несущего устройства связана с осевой отсчетной головкой и установлена на верхней каретке посредством пиноли, ось которой совмещена с осью предметного стола, в пиноль на двух валиках с возможностью поворота установлен элемент в виде серьги, несущей третью каретку, имеющую возможность перемещения с осевой отсчетной головкой, ось которой совмещена с осью пиноли, на серьге в пазу со смещением относительно оси валиков шарнирно установлен шатун, соединенный с валом, установленным в пиноли с возможностью перемещения, столешница установлена с возможностью вращения вокруг собственной оси, сферометр снабжен съемным центрирующим приспособлением, установленным на пиноли с базированием на сферическую поверхность изделия, и съемным упором, установленным на валик серьги и шпиндель образцового вращения и имеющим плоскость, совмещенную с плоскостями их осей, параллельных плоскости предметного стола для точной настройки сферометра на номинальный размер, каждая из кареток имеет возможность перемещения при помощи винта с гайкой и снабжена установочным винтом.

Несущее устройство, связанное с осевой отсчетной головкой и состоящее из двух частей, установленных шарнирно и снабженных каретками, позволяет настраивать сферометр по плоскопараллельным концевым мерам длины (ГОСТ 9038-83) на любой заданный номинальный размер контролируемого изделия как для наружных, так и для внутренних сферических поверхностей. Позволяет совмещать ось изделия с осью сферометра практически без погрешности самоцентрирующим приспособлением без отсчета координат перемещений его на предметном столе, а также осуществлять вращение осевой отсчетной головки вокруг и внутри изделия.

В совокупности это позволяет реализовать способ нахождения центра сферического изделия путем перемещения осей вращения осевой отсчетной головки относительно центра изделия при неподвижном предметном столе, осуществляя измерения действительных размеров параметров поверхностей и радиусов сферических изделий переменным радиусом, имеющим возможность принимать переменные значения в пространстве относительно заданной и зафиксированной величины номинального размера радиуса сферического изделия в результате взаимодействия наконечника осевой отсчетной головки с наружной или внутренней поверхностью сферического 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 чертежами: фиг. 1 - общая компоновка сферометра универсального, фиг.2 - сферометр универсальный с установленными оправкой и центрирующим приспособлением для установки изделия с внутренней сферической поверхностью, фиг. 3 - сферометр универсальный с установленным центрирующим приспособлением для установки изделия с наружной сферической поверхностью.

Сферометр универсальный для измерения действительных размеров параметров наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий содержит: основание 1, основание поворотного предметного стола 2, столешницу поворотного предметного стола 3, между основаниями 1 и 2 установлена нижняя штанга 4, нижняя направляющая стойка 5 и нижний микрометрический винт с гайкой 6. На штангу 4, стойку 5 и микрометрический винт с гайкой 6 установлена нижняя каретка 7 с установочным винтом 8. На нижней каретке 7 установлен образцовый шпиндель вращения 9, несущий на себе верхнюю штангу 10, верхнюю направляющую стойку 11 и верхний микрометрический винт с гайкой 12. На верхние штангу 10, направляющую стойку 11 и микрометрический винт с гайкой 12 установлена вторая каретка 13 с установочным винтом 14. На второй каретке 13 установлена пиноль 15, ось которой совмещена с осью предметного стола 3. В пиноли 15 на валиках 16 установлен элемент, выполненный в виде серьги 17, несущий в свою очередь третью каретку 18 для крепления и перемещения осевой отсчетной головки 19 на серьге 17, ось которой совмещена с осью пиноли 15. В верхней части серьги 17 выполнен паз, в котором со смещением относительно оси валиков 16 установлена ось 20, на которую установлен шатун 21, соединенный осью в проушинах с муфтой 22. Муфта 22 шарнирно соединена с ведущим валом 23, снабженным штурвалом 24, с помощью которого вал 23 имеет возможность перемещения в вертикальной плоскости. Сферометр снабжен оправкой 25 (см. фиг. 2), а на пиноли 15 установлено съемное центрирующее приспособление 26 со смотровыми окнами (см. фиг. 2, 3).

Сферометр универсальный, выполненный в соответствии с техническим решением, работает следующим образом.

Каретку 18 вместе с осевой отсчетной головкой 19 путем перемещения вала 23 штурвалом 24 устанавливают в вертикальное положение и фиксируют. При измерении действительных размеров параметров наружных поверхностей и радиусов сферических изделий на предметный стол 3 устанавливают набор плоскопараллельных концевых мер длины, соответствующий номинальному размеру наружного радиуса контролируемого изделия с наружной сферической поверхностью. На шпиндель образцового вращения 9 устанавливают упор (не показан), плоскостью обращенный к предметному столу 3. Перемещая каретку 7 с помощью гайки и винта 6, совмещают плоскость упора, установленного на шпинделе образцового вращения 9, с плоскостью предметного стола 3 и фиксируют это положение установочным винтом 8. В этом положении винтом и гайкой 12 перемещая каретку 13, подводят наконечник осевой отсчетной головки 19 до соприкосновения с набором мер длины, установленным на столе 3, с натягом и фиксируют показания осевой отсчетной головки записью. В этом положении каретка 13 стопорится установочным винтом 14, после чего набор концевых мер и упор удаляются, винт 8 ослабляется и на предметный стол 3 устанавливается контролируемое изделие. На пиноль 15 устанавливается центрирующее приспособление 26, перемещая которое по пиноли и одновременно перемещая каретку 7, базируют центрирующее приспособление 26 на наружную поверхность изделия. Таким образом, ось изделия совмещается с осями пиноли 15, осевой отсчетной головки 19 и предметного стола 3. Зафиксировав изделие в этом положении, перемещением каретки 7 высвобождают центрирующее приспособление 26 и удаляют его с пиноли 15. Далее перемещая каретку 7, наконечник осевой отсчетной головки 19 приводится во взаимодействие с наружной поверхностью сферического изделия, а вращением каретки 13 вокруг оси образцового шпинделя вращения 9 добиваются постоянных показаний осевой отсчетной головки 19, что является признаком совмещения центра изделия с центром дуги, описываемой наконечником осевой отсчетной головки 19 в пространстве с заданным радиусом. Записывая эти показания осевой отсчетной головки 19 в этом положении и сравнивая их с ранее зафиксированным показанием записью, снимают показания действительных размеров параметров поверхностей и радиусов контролируемого изделия с наружной сферической поверхностью.

При измерении внутренних размеров параметров поверхностей и радиусов сферических изделий каретку 18 вместе с осевой отсчетной головкой 19 путем перемещения вала 23 штурвалом 24 устанавливают в вертикальное положение и фиксируют. На предметный стол 3 устанавливают набор плоскопараллельных мер длины, соответствующий номинальному размеру внутреннего радиуса контролируемого изделия с внутренней сферической поверхностью. На валик 16 серьги 17 устанавливают упор (не показан), плоскостью обращенный к плоскости предметного стола 3. Перемещая любую каретку 7 или 13 несущего устройства (какую удобно), подводят плоскость установленного упора на валике 16 серьги 17 до соприкосновения с набором мер длины, установленным на предметном столе 3. В этом положении, перемещая каретку 18 с осевой отсчетной головкой 19, вводят в соприкосновение с натягом наконечник осевой отсчетной головки 19 с плоскостью предметного стола 3, закрепив каретку 18 в этом положении, фиксируют показания осевой отсчетной головки 19 записью. После чего набор мер длины и упор удаляются. На предметный стол 3 устанавливается контролируемое изделие с оправкой 25, а на пиноль 15 устанавливается центрирующее приспособление 26, и путем взаимного перемещения кареток 7 и 13 и центрирующего приспособления 26, базируемого на внутреннюю сферическую поверхность, ось изделия совмещается с осями предметного стола 3, пиноли 15 и осевой отсчетной головки 19. После этого, перемещая каретки 7 и 13, центрирующее приспособление 26 освобождается и удаляется. Теми же перемещениями кареток 7 и 13 наконечник осевой отсчетной головки 19 вводится во взаимодействие с внутренней сферической поверхностью изделия, а ведущий вал 23 вращением штурвала 24 перемещается в вертикальной плоскости, приводя во вращательное перемещение через муфту 22 и шатун 21 серьгу 17, а с ней и осевую отсчетную головку 19, взаимодействующую с внутренней поверхностью сферического изделия, причем серьга 17 имеет возможность осуществлять возвратно-поступательное вращательное движение в зависимости от направления перемещения вала 23. Это позволяет наконечнику щупа осевой отсчетной головки 19 производить измерение параметров во всех точках прохождения наконечника щупа по поверхности изделия с внутренней сферической поверхностью, добившись постоянных показаний осевой отсчетной головки 19, что является признаком совмещения центра контролируемого сферического изделия с центром дуги, описываемой наконечником осевой отсчетной головки в пространстве с заданным радиусом. Записывая и сравнивая показания осевой отсчетной головки в этом положении с ранее зафиксированным ею показанием записью, снимают показания действительных размеров параметров поверхностей и радиусов изделия с внутренней сферической поверхностью.

Для измерения действительных размеров параметров наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий в других плоскостях предметный стол 3 поворачивают вместе с изделием на нужный угол вокруг оси и производят измерения без перенастройки сферометра.

Таким образом, предлагаемое изобретение на сферометр универсальный для измерения действительных размеров параметров наружных и 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 наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий прямым измерением с высокой степенью достоверности одним универсальным измерительным устройством;
3) отменяет 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 универсального измерительного устройства;
5) расширяет область применения сферометра: позволяет производить измерения размеров параметров любых наружных и 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 средствам для измерения сферических изделий. Сферометр содержит основание 1, предметный стол 2 со столешницей 3, несущее устройство, на котором установлена осевая отсчетная головка 19. Основание 1 со столом 2 соединено нижними штангой 4, направляющей 5 и микрометрическим винтом 6 с установленной на них нижней кареткой 7. Несущее устройство состоит из двух частей, установленных шарнирно. Одна из частей выполнена в виде верхней каретки 13, установленной на верхние штангу 10, направляющую 11 и микрометрический винт 12, соединенные образцовым шпинделем вращения с нижней кареткой 7. Вторая часть несущего устройства связана с осевой отсчетной головкой 19 и установлена на верхней каретке посредством пиноли 15. Технический результат: повышение точности измерений. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Сферометр универсальный Моторикина Г. П. для прямого измерения действительных размеров параметров наружных и внутренних поверхностей и радиусов сферических изделий, содержащий основание, предметный стол со столешницей, несущее устройство, на котором установлена осевая отсчетная головка с возможностью перемещения вдоль оси предметного стола и поворота вокруг осей несущего устройства, отличающийся тем, что основание со столом соединено нижними штангой, направляющей и микрометрическим винтом с установленной на них нижней кареткой для перемещения в вертикальной плоскости несущего устройства, состоящего из двух частей, установленных шарнирно, одна из которых выполнена в виде верхней каретки, установленной на верхние штангу, направляющую и микрометрический винт, соединенных образцовым шпинделем вращения с нижней кареткой, а вторая часть несущего устройства связана с осевой отсчетной головкой и установлена на верхней каретке посредством пиноли, ось которой совмещена с осью предметного стола, в пиноль на двух валиках с возможностью поворота установлен элемент в виде серьги, несущей третью каретку, имеющую возможность перемещения с осевой отсчетной головкой, ось которой совмещена с осью пиноли, на серьге в пазу со смещением относительно оси валиков шарнирно установлен шатун, соединенный с валом, установленным в пиноли с возможностью перемещения, столешница установлена с возможностью вращения вокруг собственной оси, сферометр снабжен съемным центрирующим приспособлением, установленным на пиноли, с базированием на сферическую поверхность изделия и съемным упором, установленным на валик серьги и шпиндель образцового вращения и имеющим плоскость, совмещенную с плоскостями их осей, параллельных плоскости предметного стола, для точной настройки сферометра на номинальный размер. 2. Сферометр по п.1, отличающийся тем, что каждая из кареток имеет возможность перемещения при помощи винта с гайкой и снабжена установочным винтом. 3. Сферометр по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен оправкой, установленной на предметном столе. 4. Сферометр по пп.1-3, отличающийся тем, что съемное центрирующее приспособление имеет смотровые окна.