Измерительная головка Советский патент 1988 года по МПК G01B7/02 G01B5/02 G01B5/12 G01B7/12 

делия по осям X и Y. На входы сумма- TJopOB 16, 17 сигналы поступают с электродов 9-12. В регистраторе 18

рассчип.шаются по укачанным сигналам координаты точки касания Z, X, Y. 2 ип.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в координатно-изме- рительных мапшнах при контроле сложных поверхностей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Сигналы, подаваемые на А-А возбуждающий электрод 7 с генератора 13 высокочастотных колебаний, возбуждают в возбудителе резонансные колебания, которые передаются на измери-. тельный наконечник. В случае, если измерительный наконечник не касается контролируемого изделия,, сигнал на .выходе фазометра 14 равен нулю. При касании наконечником контролируемого изделия на выходе фазометра 14 появляется сигнал, фиксирующий касание, вследствие того, что сигнал с электрода 8 будет сдвинут по фазе относительно сигнала с генератора 13 колебаний. Одновременно с выхода сумматора 15 появляется сигнал, пропорциональный силе реакции изделия по оси OZ. Сигналы на выходах сумматоров 16, 17 пропорциональны соответственно составляющим проекций сил реакций из- ,П а б а с ОС ее 1ч5 Со 15

1

Изобретение относится к измери- гельной технике и может быть исполь- Ьовано, например, в координатно-иэме- ительных машинах при контроле слож- |ньгх поверхностей.

I Цель изобретения - расширение фун- кциональных возможностей измеритель- |ной головки за счет обеспечения воз- 1МОЖНОСТИ получения информации о вели-- |чине и направлении вектора из точки касания к центру измерительного наконечника.

На фиг.1 изображена измерительная головка, вид спереди; на фиг.2 - разрезы А-А,Б-Б и В-В на фиг.1 (пьезоке- рамического стержня и блок-схема подключения измерительных блоков).

Измерительная головка (фиг.1) содержит корпус 1, держатель 2, соеди- неннь1й с корпусом при помощи торцового зубчатого сопряжения, осевой натяг которого обеспечивается пружиной 3. К держателю прикреплен пьезокера- мический цилиндрический стержень 4 с измерительньм наконечником 5. Внутренний электрод 6 пьезокерамического стержня (фиг. 2) заземлен и выполнен в виде проволоки, ось которой совпадает с продольной осью стержня, а длина равна длине стержня. Наружный злектрод разделен на возбуждающий 7 и на измерительные 8 - 12 электроды. Возбуждающий электрод 7 подсоединен к высокочастотному генератору 13 электрических колебаний. Измерительный электрод 8 подключен к входам фазометра 14 и сумматора 15, на другой вход которого подключен выход высокочастотного генератора 13 электрических колебаний. Измерительные электроды 9 и 11 подключены к входам сумматора 16, а измерительные электроды 10 и 11 - к входам сумматора 1 7. Выходы всех трех сумматоров и фазометра подключены к регистратору 18, напршчер ЭВМ, координатно-измеритель- ной машины.

Сумматоры 15-17 служат для измерения разности амплитуд двух электрических сигналов.

Измерительная головка работает

5 следующим образом.

На возбуждающий электрод 7 с генератора 13 подается высокочастотное напряжение,под действием которого в пьезоэлектрическом возбудителе воз0 буждаются резонансные продольные колебания. Из-за прямого пьезоэффекта в измерительных электродах 8-12 возбуждаются электрические заряды той же частоты.

5 Амплитуды колебаний в этих электродах зависят от силы, с которой наконечник действует на поверхность. Если наконечник не касается с поверхностью, то из-за симметричности

20 электродов 9 - 12 на выходах сумматоров 16 и 17 будет нулевой сигнал, а на вькоде сумматора 15 устанавливается нуль.

Частоту генератора выбирают близ25 кой к основной (первой) форме собственных колебаний.измерительной головки. Благодаря высокой добротности колебательной системы измерительного рычага сдвиг фаз между колебаниями и

30питающим напряжением незначителен. Вследствие этого на вькоде. фазометра 14 напряжение будет равно нулю, если измерительный наконечник не касается контролируемого объекта.

5

В момент касания измерительного

наконечника контролируемого объекта резко снижается добротность колебательной системы, в результате чего

0 сдвиг фаз между питающим напряжением и колебанием увеличивается, что регистрируется фазометром 14 и ЭВМ. Направление нормали .из точки соприкосновения измерительного рычага

г с измеряемой поверхностью находится как направление силы, с которой мерительная головка давит на поверхность, или направление, противоположное силы реакции.

Вектор силы (фиг. 1) раскладывается на составляющие части:

FX

.1

i + F,,- + F.-k,

и it - единичные векторы, параллельные осям Ох Ои и 0 соответственF, iF и F

но;

2 - величины проекций силы F реакции на оси

О

X

Oj и Ог

соответственно .

Колебания после касания происходят в плоскости, проходящей через ось Oj и точку касания. Так как электрод 8 сплошной, то напряжение на нем

пропорционально только линейным коле-„ ратора высокочастотных колебаний, ребаниям системы вдоль оси 0. Величина амплитуды напряжения на электроде 8 тем больше, чем меньше составляющая FJ силы, т.е.

гистратор, связанный с выходом последнего, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей головки за счет обеспечения возможности получения информации о величине и направлении вектора из точки касания к центру измерительного наконечника, головка снабжена тремя сумматорами, пьезоэлектрический возбудитель механических колебаний выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндрического стержня с радиальной поляризацией, внутренним электродом, размещенным по оси стержня, и наружным электродом, размещенным на поверхности стержня, внутренний электрод заземлен, наружный электрод разделен на три изолированные одна от другой части, нижняя и средняя части представляют собой кольца, верхняя часть разделена на четыре изолированных друг от друга симметричных кольцевых сегмента, нижняя часть является возбуждающим электродом и подключены к первому входу первого сумматора, средняя часть - к вторым входам фазометра и первого сумматора,диаметрально противоположные сегменты верхней части - к первому и второму входам соответст|Ug| |U,ol - 1-F

X

IUg I - амплитуда колебаний напряжения на электроде 8; lUj, - амплитуда колебаний напряжения на электродах 8-12 в отсутствие касания; 1 - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, на выходе суммато- 5 получаем сигнал

lu.oi - 1и„1,

I-FZ - 6

пропорциональный Fj.

Разность амплитуд напряжений на электродах 9 и 11 пропорциональна моменту изгиба стержня, действующему в плоскости ZOX, т.е. составляющей F. В свою очередь разность амплитуд напряжений на электродах 10 и 12 пропорциональна моменту изгиба стержня, действующему в плоскости ZOY, т.е. составляющей F,,.

Таким образом, из сумматоров 15 - 17 на ЭВМ поступают сигналы, пропорциональные составляющим F

35

40

45

2

X

гистратор, связанный с выходом последнего, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей головки за счет обеспечения возможности получения информации о величине и направлении вектора из точки касания к центру измерительного наконечника, головка снабжена тремя сумматорами, пьезоэлектрический возбудитель механических колебаний выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндрического стержня с радиальной поляризацией, внутренним электродом, размещенным по оси стержня, и наружным электродом, размещенным на поверхности стержня, внутренний электрод заземлен, наружный электрод разделен на три изолированные одна от другой части, нижняя и средняя части представляют собой кольца, верхняя часть разделена на четыре изолированных друг от друга симметричных кольцевых сегмента, нижняя часть является возбуждающим электродом и подключены к первому входу первого сумматора, средняя часть - к вторым входам фазометра и первого сумматора,диаметрально противоположные сегменты верхней части - к первому и второму входам соответстсилы реакции соответственно. Коорди- 50 венно второго и третьего сумматоров, наты точки касания рассчитываются а выходы сумматоров соединены с соотЭВМ по сигналам с сумматоров,

Координаты точки соприкосновения находит ЭВМ при помощи отсчета из центра измерительного наконечника против направления силы реакции радиуса наконечника.

Формула изобретения

Измерительная головка, содержащая измерительньй рычаг с измерительным наконечником, кинематически связанный с ним пьезоэлектрический возбудитель механических колебаний, генератор высокочастотных колебаний, под- ключенньй к возбуждающим электродам пьезоэлектрического возбудителя механических колебаний, фазометр, подключенный одним из входов к выходу гене5

0

5

0

5

гистратор, связанный с выходом последнего, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей головки за счет обеспечения возможности получения информации о величине и направлении вектора из точки касания к центру измерительного наконечника, головка снабжена тремя сумматорами, пьезоэлектрический возбудитель механических колебаний выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндрического стержня с радиальной поляризацией, внутренним электродом, размещенным по оси стержня, и наружным электродом, размещенным на поверхности стержня, внутренний электрод заземлен, наружный электрод разделен на три изолированные одна от другой части, нижняя и средняя части представляют собой кольца, верхняя часть разделена на четыре изолированных друг от друга симметричных кольцевых сегмента, нижняя часть является возбуждающим электродом и подключены к первому входу первого сумматора, средняя часть - к вторым входам фазометра и первого сумматора,диаметрально противоположные сегменты верхней части - к первому и второму входам соответстветствующими входам регистратора.

Фиь 1