Устройство для фиксации и ориентации образца с точной подстройкой положения для исследования зондовыми методами Российский патент 2025 года по МПК G01Q30/20 

Изобретение относится к точной механике и может быть использовано для фиксации и выравнивания поверхности образцов относительно базовой платформы в испытательном оборудовании с точной подстройкой положения для исследования зондовыми методами, например, методами индентирования и скретч-теста (царапания), для контрольно-разметочных работ и механической обработки деталей.

Предметный столик - один из самых важных элементов различного оборудования. Это площадка, на которую кладут образцы для исследований. В ряде случаев предметный столик не имеет никаких крепежных элементов, регулировок и подстроек положения. Их использование затрудняет применение зондовых методов исследования, в которых присутствует нагрузка на образец, особенно, если такая нагрузка действует в латеральном направлении.

Некоторые предметные столики имеют регулировки в горизонтальной плоскости, по вертикали и даже по углу наклона. Однако, как правило, они не предназначены для образцов большой массы и не обладают достаточной точностью по установке плоскопараллельности поверхности образца относительно базовой платформы испытательного оборудования. Также столики обычно не предназначены для воздействия на них больших усилий в вертикальном и горизонтальном направлении.

Цель изобретения состоит в повышении точности установки углового положения поверхности образцов для испытаний, деталей и заготовок большой массы и создании универсального устройства для различных приложений.

Известно устройство «синусная линейка» (пат. SU 1326876 А1, опубл. 30.07.1987, МПК G01B 5/24), принятое за прототип, содержащее основание с продольной направляющей, установленную на ней каретку с базовым элементом, шарнирно установленную одним концом на основании плиту с базовым элементом на другом ее конце, настроечный элемент, установленный между базовыми элементами, и фиксирующий элемент.

Базовый элемент каретки выполнен в виде силовой стойки и закрепленной на ее торце опорной полки с установочной площадкой, на рабочей поверхности которой, параллельной поверхности направляющей, закреплен настроечный элемент. Базовый элемент плиты выполнен в виде ролика, ось которого параллельна оси шарнира плиты, и подкладной опоры, размещенной между роликом и настроечным элементом и контактирующей с ними. Фиксирующий элемент выполнен в виде шарнирно закрепленных одними концами на плите в точках, расположенных на оси ролика симметрично относительно его торцов, двух тяг, другие концы которых закреплены на опорной полке. Синусная линейка предназначена для установки точного угла наклона при измерениях или изготовлении деталей.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность настройки при малых углах наклона. Кроме этого, т.к. свободный конец плиты описывает дугу окружности с центром в точке крепления, при этом вертикальная компонента y(t) изменяется по закону синуса, а горизонтальная компонента x(t) - по закону косинуса, то зависимость угла поворота плиты от работы настроечного элемента нелинейная. Это усложняет процесс регулировки. Известное устройство не позволяет воздействовать на него с большим усилием в вертикальном и горизонтальном направлении.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности установки углового положения поверхности образцов для испытаний, деталей и заготовок большой массы при тестировании с приложением больших усилий как в нормальном, так и латеральном направлении.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем основание с продольной направляющей, установленную на ней каретку, шарнирно установленную одним концом на основании плиту с базовым элементом на другом ее конце в виде ролика, настроечный элемент и фиксирующий элемент, продольная направляющая выполнена в виде паза в основании, каретка выполнена в виде сменного клина, контактирующего с базовым элементом плиты, базовый элемент выполнен в виде цилиндрического ролика, настроечный элемент выполнен в виде винта и сопряжен с клином и основанием, а тяги фиксирующего элемента шарнирно закреплены одними концами на плите, другими - на основании подвижно с возможностью фиксации винтами.

Сменный клин может быть выполнен как с плоской верхней поверхностью, скошенной под разными углами («плоский клин»), так и с криволинейной поверхностью, описываемой функцией синуса («синусный клин»).

Разные углы плоских клиньев позволяют изменять шаг регулировки и, соответственно, точность установки углового положения поверхности образцов, деталей и заготовок.

При использовании плоского клина зависимость угла поворота плиты от смещения клина по горизонтальной оси не линейна. Использование синусного клина делает зависимость вертикального смещения плиты от смещения клина по горизонтали линейной.

На фиг. 1 изображен общий вид заявляемого устройства, а на фиг. 2 - в разрезе.

Устройство содержит основание 1 с продольной направляющей в виде паза 2, установленную на ней каретку в виде клина 3, плиту 4, установленную на основании 1 с возможностью поворота вокруг шарнира 5, в плиту 4 встроен базовый элемент в виде цилиндрического ролика 6, ось которого параллельна оси шарнира 5 плиты 4, настроечный элемент, выполненный в виде винта 7 и установленный между клином 3 и основанием 1, и тяги 8 фиксирующего элемента, шарнирно закрепленные одними концами на плите 4, а другими на основании 1 подвижно с возможностью фиксации винтами 9.

Устройство работает следующим образом.

На плите 4 закрепляется образец, например, с помощью универсальных станочных приспособлений. Устройство помещается в исследовательский прибор или другое оборудование. Образец может иметь скошенную поверхность. В этом случае возникает необходимость установить поверхность плоскопараллельно основанию исследовательского прибора или другого оборудования. Или, наоборот, необходимо задать перепад высот с разных сторон образца.

Настройка осуществляется вращением винта 7 с торца изделия. При этом приводится в движение (продольное смещение) клин 3, который, в свою очередь, смещает плиту 4 относительно горизонтальной плоскости.

Контроль уровня поверхности образца осуществляется путем попеременного измерения в двух точках контактным или бесконтактным методом, например, с помощью индикатора часового типа, бесконтактного датчика или непосредственно касанием самого зонда (модуля индентирования или скретч-теста).

После настройки для фиксации положения затягиваются фиксирующие винты 9, расположенные с боковых сторон в проушинах тяг 8.

Пример реализации и работы устройства

Для устройства были изготовлены основание 1 и плита 4 длиной 200 мм, регулировочный винт 7 с ходом резьбы 0,5 мм и плоский клин 3 с углом 1. Цилиндрический ролик 6 находился на расстоянии 150 мм от шарнира 5. В таком исполнении из начального положения при одном обороте регулировочного винта край плиты смещается на ≈11 мкм. Т.е. неполный оборот винта позволяет осуществлять смещение на единицы мкм.

Изобретение относится к точной механике и может быть использовано для фиксации и выравнивания поверхности образцов относительно базовой платформы в испытательном оборудовании. Устройство содержит основание с продольной направляющей, установленную на ней каретку, шарнирно установленную одним концом на основании плиту с базовым элементом на другом ее конце в виде ролика, ось которого параллельна оси шарнира плиты, настроечный элемент и фиксирующий элемент, выполненный в виде тяг. Продольная направляющая выполнена в виде паза в основании, каретка выполнена в виде сменного клина, контактирующего с базовым элементом в виде цилиндрического ролика, настроечный элемент выполнен в виде винта и сопряжен с клином и основанием, тяги фиксирующего элемента шарнирно закреплены одними концами на плите, а другими – на основании подвижно с возможностью фиксации винтами. Сменный клин выполнен с плоской верхней поверхностью, скошенной под разными углами, или с криволинейной поверхностью, описываемой функцией синуса. Устройство обеспечивает повышение точности установки углового положения поверхности образцов для испытаний как в нормальном, так и латеральном направлении. 2 ил.

Устройство для фиксации и выравнивания поверхности образцов, содержащее основание с продольной направляющей, установленную на ней каретку, шарнирно установленную одним концом на основании плиту с базовым элементом на другом ее конце в виде ролика, ось которого параллельна оси шарнира плиты, настроечный элемент и фиксирующий элемент, выполненный в виде тяг, отличающееся тем, что продольная направляющая выполнена в виде паза в основании, каретка выполнена в виде сменного клина, контактирующего с базовым элементом в виде цилиндрического ролика, настроечный элемент выполнен в виде винта и сопряжен с клином и основанием, тяги фиксирующего элемента шарнирно закреплены одними концами на плите, а другими – на основании подвижно с возможностью фиксации винтами, кроме того, сменный клин выполнен с плоской верхней поверхностью, скошенной под разными углами, или с криволинейной поверхностью, описываемой функцией синуса.