УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВИБРОКОНТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗМЕРОВ Российский патент 2007 года по МПК G01B7/12 G01B7/02 

Изобретение относится к измерительной технике, используемой в машиностроении, в частности при изготовлении и ремонте агрегатов и машин, и может применяться в качестве первичного преобразователя в измерительных и контрольно-управляющих системах станков и линий при измерении различных размерных параметров деталей.

Известны устройства для измерения внутренних размеров, например контрольный прибор БВ-4257 (Приборы автоматического управления обработкой на металлорежущих станках / А.В.Высоцкий, И.Б.Карпович, М.П.Соболев, М.И.Этингоф. - М: Машиностроение, 1995. - 328 с). Прибор имеет исполнение с двухконтактной измерительной скобой (см. там же с.197, рис.5.6) и с двумя одноконтактными индуктивными головками (см. там же с.199, рис.5.7). Существует бесконтактный пневматический прибор БВ-4256 (см. там же с.202, рис.5.8). Известны подобные приборы для измерения размерных параметров наружных поверхностей, например индуктивные приборы завода "Калибр" (Активный контроль в машиностроении: Справочник / Под ред. Е.И.Педя. - М.: Машиностроение, 1978. - С.157, рис.17).

К общим недостаткам таких приборов относится их узкая направленность и настройка на определенные размеры, что затрудняет их использование в современных системах автоматического контроля и при работе на обрабатывающих центрах, где требуются универсальные быстронастраиваемые приборы контроля, взаимодействующие с электронной системой обработки сигнала.

Известен также «Виброконтактный преобразователь размеров» (см. а.с. №1229562, G01В 7/12, опубл. 07.05.86, бюл. №17).

Вместе с тем, при удовлетворительной работе в системах контроля преобразователь настраивается только на измерение одного, довольно большого внутреннего размера, ограниченного запрессованными в колебательную скобу двумя диаметрально-противоположно расположенными шариками на боковых контактных поверхностях колебательной скобы, при этом блок электроизмерений амплитуды виброколебаний, выполненный с использованием постоянного магнита из SmCo₅, имеет ограниченную чувствительность, обусловленную свойствами этого магнитного сплава.

Задачей изобретения является создание универсального измерительного средства повышенной чувствительности и точности на основе виброконтактного преобразователя размеров для измерений как внутренних размеров, так и размеров наружных поверхностей.

Задача решается тем, что в универсальном виброконтактном преобразователе размеров, содержащем корпус, закрепленный в нем вибратор, выполненный в виде электромагнита, якоря которого закреплены на плоских упругих элементах, соединенных с П-образной скобой, с образованием колебательной системы, и блок измерения амплитуды виброколебаний скобы, включающий постоянный магнит, закрепленный на П-образной скобе, и двухсекционную обмотку, охватывающую магнит и закрепленную в корпусе, при этом постоянный магнит выполнен из материала неодим-железо-бор (NdFeB), скоба колебательной системы снабжена креплением для сменных наконечников, причем расстояние от линии защемления плоских упругих элементов в корпусе до центра тяжести колебательной системы со сменными наконечниками, а также масса колебательной системы с наконечниками выдерживаются постоянными.

Кроме того, крепление для сменных наконечников выполнено в виде паза в форме ласточкина хвоста, расположенного по центру П-образной скобы снизу, и двух резьбовых отверстий в пазу, причем боковые поверхности паза ориентированы в направлении колебательных движений колебательной системы, а плоскость поверхности паза выполнена перпендикулярно основной продольной оси корпуса виброконтактного преобразователя размеров, при этом сменная оснастка включает скобу для контроля наружных охватываемых поверхностей.

На фиг.1 изображена предложенная конструкция универсального виброконтактного преобразователя размеров в разрезе (фиг.1): А - вид снизу на паз; Б - вид справа на паз для сменной оснастки.

На фиг.2 изображена предложенная конструкция универсального виброконтактного преобразователя размеров с измерительной оснасткой: А - вид снизу на паз без скобы, Б - вид справа на пробку щуповую и измерительный стержень.

Универсальный виброконтактный преобразователь размеров (фиг.1) содержит корпус 1, вибратор, выполненный в виде электромагнита 2, якоря 3 и 4 которого закреплены на плоских упругих элементах 5 и 6, соединенных с П-образной скобой 7 с образованием колебательной системы. Кроме того, устройство содержит блок измерения амплитуды виброколебаний скобы 7, включающий запрессованный во втулке 8 постоянный усиленный магнит 9, закрепленный на П-образной скобе, и двухсекционную обмотку 10, охватывающую постоянный магнит 9 и закрепленную в корпусе 1. Постоянный магнит 9 выполнен из материала неодим-железо-бор (NdFeB). Скоба 7 колебательной системы снабжена креплением для сменных наконечников - 11 (скоба), 12 (пробка) и 13 (измерительный стержень), выполненным в виде паза в форме ласточкина хвоста, расположенного по центру П-образной скобы снизу, и двух резьбовых отверстий.

Универсальный виброконтактный преобразователь размеров работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения на катушку электромагнита 2 его якоря 3 и 4 через плоские упругие элементы 5 и 6 приводят в колебательное движение П-образную скобу 7 с размещенным на ней усиленным постоянным магнитом 9. При этом магнитный поток пересекает обмотку 10 блока измерения, возбуждая в ней ЭДС, пропорциональную амплитуде колебаний П-образной скобы 7 с закрепленными сменными наконечниками 11, 12 или 13. При наличии ограничивающей (контролируемой) наружной или внутренней поверхностей, в зависимости от типа наконечника, амплитуда колебаний скобы 7 меняется, что вызывает изменение ЭДС, наводимой в обмотке 10. Это регистрируется отсчетным или контролирующим прибором (не показан).

Преимуществом предлагаемого виброконтактного преобразователя размеров со сменной измерительной оснасткой и новым магнитом из NdFeB является универсальность измерительного устройства, используемого виброконтактный принцип измерения, обеспечивающего кратковременное касание контролируемой поверхности с частотой, равной частоте возбуждения, а также снижение усилий на наконечник до величины менее 0,1 Н, а следовательно, его износа. Это обстоятельство в совокупности с применением источника магнитодвижущей силы блока измерений виброколебаний в виде постоянного магнита, выполненного из материала неодим-железо-бор (NdFeB), повышает чувствительность виброконтактного преобразователя размеров и расширяет возможности его использования.

Предлагаемая разработка универсального виброконтактного преобразователя размеров используется в системах управляющего контроля.

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции является выполнение фиксирующего паза и двух резьбовых отверстий для крепления сменной оснастки, соблюдая постоянство массы колебательной системы и расстояния от линии защемления плоских упругих элементов до центра масс колебательной системы при установке различной измерительной оснастки и усиленного постоянного магнита из материала неодим-железо-бор, что дает виброконтактному преобразователю размеров следующие неочевидные преимущества.

1. Универсальность, т.е. возможность с высокой точностью измерять размерные параметры наружных и внутренних поверхностей.

2. Возможность измерять прерывистые наружные и внутренние поверхности в большом диапазоне размеров.

3. Возможность контролировать внутренние и наружные поверхности в большом диапазоне размеров.

4. Минимальное измерительное усилие по сравнению с контактными измерительными приборами, благодаря чему снижается износ наконечников.

5. Низкая инерционность по сравнению с бесконтактными измерительными устройствами, благодаря чему обеспечивается быстродействие измерительно-управляющей системы.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что П-образная скоба выполнена с пазом по линии колебания в торце внизу и двумя резьбовыми отверстиями для крепления сменной оснастки, соблюдая постоянство массы колебательной системы и расстояния от линии защемления плоских упругих элементов в корпусе до центра масс колебательной системы при установке различной измерительной оснастки и запрессовки постоянного усиленного магнита из материала неодим-железо-бор.

Таким образом, заявляемый универсальный виброконтактный преобразователь размеров со сменной оснасткой и новым магнитом соответствует критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники выявило в нем признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».

Промышленная эксплуатация системы управляющего контроля с использованием разработанного универсального виброконтактного преобразователя размеров показало высокую разносторонность применения при измерении размерных параметров внутренних и наружных поверхностей, а эксплуатация всей измерительной системы в комплексе, включающем предложенный универсальный виброконтактный преобразователь размеров с усиленным магнитом и сменной оснасткой, отсчетно-командный блок, систему управления станком, изготавливаемую деталь привела к снижению вспомогательного времени при обработке на 10-15% за счет использования одного универсального измерительного средства при измерении внутренних и наружных поверхностей.

Изготовление всех необходимых элементов и сменной оснастки с указанными свойствами явилось технически и технологически осуществимым процессом и может быть выполнено в инструментальном цехе или участке машиностроительного завода. Материал постоянного усиленного магнита неодим-железо-бор и его конструкция были выполнены в Институте физики металлов УрОРАН и успешно используются в разработанном универсальном виброконтактном преобразователе размеров.

Изобретение относится к измерительной технике на основе виброконтактного преобразователя размеров. Сущность: П-образная скоба преобразователя выполнена с пазом в нижней части и двумя резьбовыми отверстиями для крепления сменных насадок. При установке сменных наконечников и запрессовке постоянного магнита колебательной системы соблюдается постоянство массы колебательной системы и расстояния от линии защемления плоских упругих элементов в корпусе до центра масс колебательной системы. При этом постоянный магнит выполнен из материала неодим-железо-бор (NdFeB). Технический результат: создание универсального измерительного средства повышенной чувствительности и точности на основе виброконтактного преобразователя размеров как для внутренних размеров, так и размеров наружных поверхностей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Универсальный виброконтактный преобразователь размеров, содержащий корпус, закрепленный в нем вибратор, выполненный в виде электромагнита, якоря которого закреплены на плоских упругих элементах, соединенных с П-образной скобой, с образованием колебательной системы, и блок измерения амплитуды виброколебаний скобы, включающий постоянный магнит, закрепленный на П-образной скобе, и двухсекционную обмотку, охватывающую магнит и закрепленную в корпусе, отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен из материала неодим-железо-бор (NdFeB), скоба колебательной системы снабжена креплением для сменных наконечников, при этом расстояние от линии защемления плоских упругих элементов в корпусе до центра тяжести колебательной системы со сменными наконечниками, а также масса колебательной системы с наконечниками выдерживаются постоянными.2. Универсальный виброконтактный преобразователь размеров по п.1, отличающийся тем, что крепление для сменных наконечников выполнено в виде паза в форме ласточкина хвоста, расположенного по центру П-образной скобы снизу, и двух резьбовых отверстий в пазу, причем боковые поверхности паза ориентированы в направлении колебательных движений колебательной системы, а плоскость поверхности паза выполнена перпендикулярно основной продольной оси корпуса виброконтактного преобразователя размеров, при этом сменные наконечники включают скобу для контроля наружных охватываемых поверхностей, пробку щуповую для контроля диаметральных размеров и измерительный стержень для контроля малых диаметров двухконтактным методом и плоских поверхностей одноконтактным методом.