Координатная измерительная головка Советский патент 1992 года по МПК G01B5/03 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к координатным измерительным машинам, и может быть использовано для контроля простых и сложных пространственных изделий по нескольким координатам

Известна координатная измерительная головка (1), содержащая корпус, связанные между собой и с корпусом с возможностью относительного перемещения координатные каретки, одна из которых несет по крайней мере один измерительный наконечник,

причем каждая каретка состоит из двух частей, установленных с возможностью относительного перемещения, измерительного преобразователя перемещения каретки и узла установки каретки в геометрическую нулевую точку и создания измерительного усилия.

Недостатком известной головки является конструктивная сложность устройства для установки каретки в геометрическую нулевую точку и создания измерительного усилия и, как следствие этого, невысокая

4 00

GO hO XI GJ

надежность измерительной головки в целом

Указанная конструктивная сложность заключается в том, что в относительно малом объеме на каждой координатной каретке необходимо закрепить и расположить большое количество деталей и узлов, таких как кронштейн, шаговый электродвигатель, электромагнит, специальный , рычаг с роликом, рычаг с упругой перемычкой и шариком, три спиральные пружины, призму и т.д. Кроме того, управление тремя шаговыми двигателями и тремя электромагнитами необходимо постоянно осуществлять с помощью измерительного преобразователя соответствующей каретки через центральную ЭВМ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является координатная измерительная головка (2), содержащая ко рпус, последовательно связанные между собой и с кЪрпусом с возможностью относительного перемещения координатные каретки, одна из которых несет по крайней мере один измерительный наконечник, примем каждая каретка состоит из двух частей, установленных с возможностью Относительного перемещения, измерительного преобразователя перемещения каретки и узла установки каретки в геомет- рическую нулевую точку и создания измерительного усилия, который включает в себя упругий стержень с шариком на одном конце, жестко соединенный вторым концом с одной частью каретки, и фиксатором, связанным со второй частью каретки и взаимодействующим с шариком.

Известная головка имеет невысокую точность измерения из-за больших контактных деформаций контролируемого изделия измерительным наконечником в процессе измерения, которое приблизительно в три раза превышает максимальное измерительное усилие (0,5),

Это обусловлено тем, что в известной измерительной головке после создания максимального измерительного усилия, которое обеспечивается изгибом стержня с шариком на конце, при дальнейшем отклонении измерительного наконечника, которое неизбежно возникает при торможении кареток измерительной машины, в действие вступает одна из двух противоположно направленных спиральных пружин с предварительным натягом, равным максимальному измерительному усилию. Так как усилие любой спиральной пружины пропорционально величине сжатия (растяжения), то измерительный наконечник в известной гоповке после достижения максимального

измерительного усилия при дальнейшем отклонении измерительного наконечника получает от соответствующей спиральной пружины дополнительное усилие, которое

увеличивает объем контактной деформации на контролируемом изделии, а следовательно, снижает точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет снижения контактных

0 деформаций контролируемого изделия измерительным наконечником.

Указанная цель достигается тем, что в известной координатной измерительной головке фиксатор выполнен в виде призмы с

5 продольным двухгранным пазом и установлен с возможностью перемещения вдоль оси упругого стержня/

На фиг,1 приведена конструктивная схема координатной измерительной голо0 вки в продольном разрезе без узлов, встроенных в координатные каретки, На фиг.2 - одна из координатных кареток со встроенными в нее измерительной системой и узлом установки каретки в геометрическую

5 нулевую точку и создания измерительного усилия по соответствующей координате.

Измерительная головка (фиг.1) содержит корпус 1, связанную с корпусом 1 карет- ку 2, имеющую возможность перемещения

0 вдоль координатной оси Z, связанную с кареткой 2 каретку 3, имеющую возможность перемещения вдоль координатной оси X, связанную с кареткой 3 каретку 4, имеющую возможность перемещения вдоль коорди5 натной оси У, и связанный с кареткой А измерительный наконечник 5. Каретки 2, 3, 4 выполнены, например, в виде пружинных параллелограммов.

Таким образом обеспечивается возмож0 ность перемещения измерительного наконечника 5 в пространственной системе координат X, У, Z.

Величина перемещения кареток по всем координатным осям определяется при

5 помощи самостоятельной измерительной системы, выполненной, например, 6 виде индуктивного датчика 6 (см.фиг.2).

Узел установки каретки в геометрическую нулевую точку и создания изме0 рительного усилия по соответствукхщей координате содержит упругий стержень 7 с шариком 8 на одном конце, жестко соединенный вторым концом, например, с подвижной частью каретки 4, фиксатор 9,

5 выполненный в виде кривизны с продольным двухгранным пазом и установленный с возможностью перемещения вдоль оси упругого стержня 7 благодаря, например, плоской пружине 10. Наиболее оптимальным является взаимодействие фиксатора 9 с шариком 8 под действием собственного веса. Для каретки 2 допускается использование для этих цепей пружину

Координатная измерительная головка работает следующим образом.

- В исходном состоянии измерительной головки, когда измерительное усилие равно нулю, шарик 8 находится в фиксаторе 9, а упругий стержень 7 выпрямлен, т.к. не испытывает бокового усилия, В этом состоянии измерительная система б устанавливается на нулевой отсчет и такое положение каретки 4 называется геометрической нулевой точкой. Одновременно ана- логичным образом устанавливается геометрическая нулевая точка и по другим координатам измерительной головки.

При касании шарика измерительного наконечника 5 с контролируемым изделием каретка 4 смещается в противоположном направлении, а упругий стержень 7 начинает работать на изгиб, что позволяет обеспечить крутую характеристику усилия - перемещения измерительного наконечника при незначительном (несколько десятков микрометров) его отклонении.

Вес и угол призмы фиксатора 9, а также коэффициент трения между шариком 8 и призмой подобраны таким образом, что при достижении измерительным наконечником 5 максимального измерительного усилия (несколько десяток Ньютона) шарик 8 начинает смещаться в направлении перемещения каретки 4. При этом фиксатор 9 благодаря плойкой пружине 10 начинает под действием усилия, передаваемого через упругий стержень 7 шариком 8, подниматься вверх в направлении, перпендикулярном перемещению кйретки 4 Усилие, приложенное к наконечнику 5, в этом случае остается неизменным и равно максимальному измерительному усилию.

При снятии усилия с наконечника 5, т.е. при отсутствии контакта с контролируемым изделием, каретка 4 под действием веса фиксатора 9 и обратного изгиба упругого стержня 7, благодаря упругой деформации, возвращается в исходное состояние и таким образом наконечник 5 устанавливается в геометрическую нулевую точку.

Аналогичным образом работают каретки 2 и 3.

Перед сдачей в эксплуатацию координатной измерительной машины с измерительной головкой производят при помощи динамометра и измерительных систем головки тарировку усилия измерительной головки. Тарировка заключается в определении по каждой координате зависимости измерительное усилие - смещение измерительного наконечника, которая затем постоянно хранится в памяти ЭВМ координатной измерительной машины.

Процесс измерения координат контро- 5 лируемой точки с помощью измерительной головки заключается в следующем.

При контактировании шарика измерительного наконечника 5 с поверхностью контролируемого изделия в зависимости от

0 пространственного расположения поверхности контролируемого изделия каретки 2, 3 и 4 начинают смещаться таким образом, что составляющая их направления перемещения направлена по нормали к поверхно5 сти контролируемого изделия. Величина смещения кареток 2, 3 и 4 определяется соответствующей измерительной системой кареток. При смещении одной из кареток на определенную величину (обычно более

0 100 мкм), которая гарантирует нахождение наконечника 5 в контакте с поверхностью контролируемого изделия, производится автоматически съем показаний всех измерительных систем кареток 2,3, 4, необходи 5 мый для определения нормали к поверхности контролируемого изделия и знака коррекции на радиус шарика наконечника 5. Одновременно при этом выдается команда на торможение приводов коорди0 натной измерительной машины. После окончания торможения привода вновь включается, но в противоположном направлении, и обеспечивают отработку необходимого положения измерительного

5 наконечника 5 относительно координатной измерительной машины путем установки на измерительных системах кареток головки необходимого (рассчитанного ЭВМ) значения, которое обеспечивает заданное изме0 рительное усилие. Производится съем показаний с измерительных систем головки и координатной измерительной машины, которые поступают в ЭВМ, а затем, в зависимости от режима измерения, осуществля5 ется либо сканирование поверхности контролируемого изделия, либо отъезд от нее.

В предлагаемом техническом решении в процессе измерения максимальное уси0 лие, оказываемое шариком наконечника на контролируемый объект, не превышает максимального измерительного усилия и будет составлять 0,5 Н, в то время как в прототипе оно может достигать 1,5 Н, Ес5 ли контролируемое изделие выполнено из наиболее распространенного материала Д1 (дюралюминий), а шарик измерительного наконечника - из рубина и диаметр его равен 1 мм, то глубина контактной деформации при измерении измерительной головкой может достигать до 0,82 мкм, в то время как при использовании предлагаемого технического решения она не будет превышать 0,39 мкм.

Таким образом, по сравнению с прототипом, точность предлагаемой координатной измерительной головки приблизительно в 2 раза выше.

Формула изобретения Координатная измерительная головка, содержащая корпус, последовательно связанные между собой и с корпусом с возможностью относительного пе реНие щения координатные каретки, одна из которых несет по крайнем мере один измерительный наконечник, причем каждая каретка состоит

0

5

из двух частей, установленных с возможностью относительно перемещения, измерительного преобразователя перемещения каретки и узла установки каретки в геометрическую нулевую точку и создания измерительного усилия, который включает в себя упругий стержень с шариком на одном конце, жестко соединенный вторым концом с одной частью каретки, и фиксатор, связанный со второй частью каретки и взаимодействующий с шариком, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, фиксатор выполнен в виде призмы с продольным двухгранным пазом и установлен с возможностью перемещения вдоль оси упругого стержня.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к координатным измерительным машинам, предназначенным для измерения различных линейных и угловых размеров, а также отклонений формы и расположения поверхностей изделий с простой и сложной пространственной формой. Цель изобретения - повышение точности измерения путем снижения контактных деформаций контролируемого изделия измерительным наконечником. Головка содержит корпус, последовательно связанные между собой и с корпусом с возможностью относительного перемещения координатные каретки, одна из которых несет по крайней мере один измерительный наконечник, причем каждая kapetKa состоит из двух частей, установленных с возможностью относительного перемещения,, измерительного преобразователя перемещения каретки и узла установки каретки в геометрическую нулевую точку и создания измерительного усилия, который включает в себя упругий стержень с шариком, на одном конце, жестко соединенный вторым концом с одной частью каретки, и фиксатор, связанный со второй частью каретки и взаимодействующий с шариком. Новым в головке является выполнение фиксатора в виде призмы с продольным двухгранным пазом и установка его с возможностью перемещения вдоль оси упругого стержня. 2 ил.

фиг. i

40

/

/

Л

/

/

/

/

/

/

Фиг. 2