Измерительная головка Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

(21)3963701/24-28

(22)14.10.85

(46) 07.05.88. Бюл. № 17

(72) E.G. Адамов, В,Г. Иванов,

С.Г. Виногоров, М.А. Великотный,

Е.П. Ильин, М.М. Ляпунов

и В.И. Поляков

(53)531.7(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 937982, кл. G 01 В 3/20, 1980.

(54)ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА

(57)Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение точности измерений путем

устранения погрешностей, вызванных изгибом щупа. При соприкосновении измерительного наконечника 3 с объектом измерительный шток 2 отклоняется, смещается источник 4 излучения, укрепленный в полом измерительном штоке 2. На выходе фотоприемника 6 появляется сигнал рассогласования, характеризующий величину и направление смещения. Сигнал рассогласования поступает в электронньй блок обработки, на выходе которого формируются сигналы, пропорциональные величине смещения измерительного штока 2 по координатам X и У. 3 ил.

СО

о

ICO

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам активного контроля поверхностей деталей сложной формы.

Цель изобретения - повьпиение точности измерений путем устранения погрешностей, вызванных изгибом щупа. На фиг. 1 приведена структурная схема измерительной головки; на фиг. 2 - схема распространения световых лучей; на фиг. 3 - блок-схема электронного блока обработки.

Измерительная головка содержит корпус 1, измерительный шток 2 с измерительным наконечником 3, позици- онно-чувствительный датчик (ПЧД), связанньй с системой управления ко- ординатно-измерительной машины (КИМ) (не показана) и включающий источник 4 излучения, объектив 5 и фотоприемник 6, электронный блок обработки. Измерительньй шток 2 соединен с корпусом 1 системой 7 подвеса, выполнен полым, и источник 4 ния расположен в его полости сб.- стороны измерительного наконечника 3. Объектив 5 закреплен в корпусе 1, и его оптическая ось совпадает с осью измерительного штока 2 при его номинальном положении при отсутствии измерений. Фотоприемник 6 выполнен в виде четырехквадрантного фотодиода, имеющего четыре выхода I-IV, и расположен в плоскости, оптически сопряженной с источником 4 излучения Центр четырехквадрантного фотодиода совмещен с оптической осью объектива 5 и осью измерительного штока 2. Электронный блок обработки выполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого усилителей 8-11, входы которых связаны соответственно с I-IV выходами фотоприемника 6, последовательно соединенных первого сумматора 12, блока 13 сравнения и пятого усилителя 14, последовательно соединенных первого и второго блоков 15 и 16 вычитания, последовательно соединенных третьего блока 17 вычитания и второго сумматора 18, источник 19 опорного напряжения. Выход первого усилителя 8 связан с первым входо третьего блока 17 вычитания, с вторым входом которого связан выход третьего усилителя 10. Выход второго усилителя 9 связан с первым входом первого блока 15 вычитания, с вторым входом которого связан выход четвертого усилителя 11. Четыре входа первого сумматора 12 подключены соответственно к выходам первого, второго,

frpeTbero и четвертого усилителей 8-1.1 . Выходы первого и третьего блоков 15 и 17 вычитания связаны с вторыми входами второго сумматора 18 и второго блока 16 вычитания соответственно.

Выход пятого усилителя 14 подключен к источнику 4 излучения, а второй вход блока 13 сравнения подключен к источнику 19 опорного напряжения. Измерительная головка работает

следующим образом.

Измерительный наконечник 3, закрепленный в пиноли КИМ, подводят до касания .с поверхностью контролируемого объекта. При соприкосновении наконечника 3 с объектом измерительный шток 2 отклоняется от номинального положения. Момент касания фиксируется ЦЧД, направляющим командные сигналы в систему управления КИМ для

регистрации координат, соответствующих этому моменту.

При смещении измерительного наконечника 3 (при отклонении измерительного шт.ока- 2 от оси головки) происходит адекватное смещение источника 4 излучения - светодиода на некоторое расстояние лх. Одновременно происходит смещение светящегося изображения светодиода на лх (фиг.2) в плоскости фоточувствительной поверхности фотоприемника 6 позицион- но-чувствительного датчика, что приводит к появлению сигнала рассогласования, характеризующего величину и направление указанного смещения. Причем значения йХ и ЛХ связаны соотношением

45

йХ &Х- (3 ,

где (Ь - линейное увеличение оптической системы.

Выделение и обработка сигнала рассогласования осуществляются следующим образом. Светящееся изображение светодиода, формируемое -оптической системой ЦЧД, проецируется на прием- ную поверхность фотоприемника 6

(фиг.З). С элементов фотоприемника 6 через усилители 8-11, на блоки 1.5 и 17 вычитания поступают сигналы, пропорциональные скетовым потокам, падающим на соответствующие элементы фотоприемника 6. На выходе блока 15 вычитания формируется сигнал, равный Uj,-D4, а на выходе блока 17 вычитания - .сигнал, равный U,-U3. На выходе блока 16 вычитания формируется сигнал (V +U - (и .+1} ), пропорциональный величине смещения светящегося изображения по координате X, а на выходе сумматора 18 - сигнал (U,+ + и2)-(и,+ Пц), пропорциональный величине смещения светящегося изобра- жения по координате У. Выходной сигнал сумматора 12 пропорционален суммарному световому потоку,поступающему на фотоприемник 6. 5тот сигнал сравнивается с напряжением , поступающим на один из выходов блока 13 сравнения от источника 19 напряжения, которьй через усилитель 14 управляет интенсивностью излучения светодиода (источника 4 излучения).

При увеличении светового потока блок 25 рого связан выход третьего усилителя.

13 сравнения вырабатывает сигнал, уменьшающий интенсивность излучения светодиода, а при уменьшении светового потока - сигнал, увеличивающий интенсивность излучения. Это позволяет поддерживать постоянство суммарного светового потока U и, как следствие, постоянство статической характеристики системы. Размещение источника излучения в непосредственной близости от места контакта щупа с измеряемой деталью позволяет увеличить точность измерений за счет исключения составляющей погрешности, вызванной изгибом щупа. Это дает возможность увеличить длину щупа без увеличения погрешности, что позволяет контролировать детали больших размеров. Кроме того, поскольку деформация щупа не влияет на общую по- грешнос ть описываемой системы возможно применить систему подвеса щупа с увеличенной возвращающей силой, что положительным образом сказывается на точностных характеристиках головки

0

Формула изобретения Измерительная головка, содержащая корпус, соединенный с ним системой подвеса подвижный измерительный шток с измерительным наконечником, пози- зионно-чувствительный датчик, состоящий из оптически связанных источника излучения, объектива и фотоприемника, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерений, она снабжена электронным блоком обработки, выполненным в виде первого,, второго, третьего и четвертого усили- 5 телей, последовательно соединенных первого сумматора, блока сравнения и пятого усилителя, последовательно соединенных перрого и второго блоков вычитания, последовательно соединенных третьего блока вычитания и второго сумматора, источника опорного напряжения, выход первого усилителя связан с первым входом третьего блока вычитания, с вторым входом кото0

5

выход второго усилителя связан с первым входом первого блока вычитания, с вторым входом которого связан выход четвертого усилителя, четыре вхо0 дз первого сумматора подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого усилителей, выходы первого и третьего блоков вычитания связаны с вторыми входами второго сумматора и второго блока вычитания соответственно, второй вход блока сравнения связан с выходом источника опорного напряжения, выход пятого усилителя подключен к источ„ нику излучения, фотоприемник выполнен в виде четырехквадратного фотодиода, центр которого размещен на одной прямой с оптической осью объектива и осью измерительного штока, последний выполнен полым и источник излучения установлен в его полости со стороны наконечника, а четыре выхода фотоприемника связаны соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым усилителями.

5

фиг, 2

Редактор О. Юрковецкая

Составитель О,. Несова Техред М.Дйдык

Заказ 2208/36

Тираж 680

ВНИИШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, А/5

фиг.

Корректор А. Обручар

Подписное