Многокоординатный измеритель Советский патент 1993 года по МПК G01C23/00 G01C21/00 

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения координат точек твердого тела в пространстве.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей измерения путем замера линейных перемещений.

На фиг. 1 изображена конфигурация 2- координатного измерителя линейных перемещений с втулкой, одетой на спицу и укрепленной на подвижном объекте; на фиг. 2 - 2-координатный измеритель линейных перемещений с втулкой, установленной в трехстепенном шарнире; на фиг. 3 - 3-коор-, динатный измеритель линейных перемещений с телескопической спицей и датчиком линейных перемещений.

Устройство выполнено следующим образом. По осям наружной рамки 1 и внутрен- ней рамки 2 карданова подвеса

установлены датчики угла 3 и 4 соответственно. К внутренней рамке 2 прикреплена спица 5. Спица 5 входит в цилиндрическое отверстие втулки 6, которая прикреплена к подвижному объекту 7 в том месте, линейные координаты которого необходимо измерять.

На фиг. 1 показана правая неподвижная прямоугольная система координат OXYZ. В исходном состоянии оси ОХ и OY .совпадают с осями наружной 1 и внутренней 2 рамок карданова подвеса, а ось OZ - с осью спицы 5.

Устройство на фиг. 1 работает следующим образом. Перемещение объекта 7 вдоль оси OZ не изменяет положение рамок карданова подвеса, т.к. втулка 6 просто перемещается вдоль спицы 5. При перемещении объекта 7 по направлению оси OY происходит поворот внешней (наружной) рамки 1 карданова подвеса вокруг оси ОХ, на выходе датчика угла 3 появляется сигнал

00 00 О О

го

GO

GO

Ui (1)

где Ki - коэффициент пропорциональности (крутизна):

(fa - угол поворота наружной рамки 1 относительно оси ОХ.

Величина линейного перемещения с учетом направления вдоль оси OY определяется из выражения:

X OAosIn + A sin .(8)

За измеряемую величину принимается только первый член в правой части (8), а второй - инструментальная погрешность.

Относительная ошибка инструментальной погрешности равна

Изобретение относится к точному машиностроению, а именно к приборам для многокоординатных измерений. Целью изобретения является повышение информативности. При перемещении одного обьекта, на котором установлена втулка, относительно другого, на котором установлен карданов подвес со спицей на внутренней рамке, происходят перемещения спицы во втулке и поворот рамок. Параметры перемещения фиксируются датчиками углов и датчиком линейного перемещения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

У -OAsin рн

-OAsIn. Ki

(2)

где ОА - расстояние от начала координат О до точки А объекта.

Аналогично определяется величина линейного перемещения точки А объекта при ее перемещении только вдоль оси ОХ (только здесь будет знак плюс):

X OAsin р OAsin (3)

где - угол поворота внутренней рамки 2 относительно оси OY;

1$2 и «2 - выходной сигнал и крутизна датчика угла 4.

В общем случае, когда точка А совершает одновременно сразу три линейных перемещения вдоль осей OX, OY и OZ, координаты X, Y и Z точки А в неподвижной системе координат OXYZ определяются из следующих выражений:

X OAsin fa OAsin ;(4) 35

Y -OAcos 9%sin

-OAcos T/-sln т/-;

2 OAcos cos if OAcos-j-cos -A.

Поскольку в данном устройстве расстояние ОА не измеряется и принимается рав- ным ОАо (расстояние ОА в исходном состоянии), а при перемещении точки А в пространстве величина ОА в действительности переменная, то устройство вносит малую инструментальную погрешность только при малых углах поворот наружной 1 и внутренней 2 рамок карданова подвеса, когда относительное изменение расстояния ОА невелико по отношению к исходному состоянию ОАо (невелики координаты X и Y).

При увеличении расстояния на некоторую величину А при повороте только внутренней рамки

OA - OAp Л.

(7)

A sin

v

К2

(OAo-rA)sln

(9)

т.е. при больших длинах спицы ОАо и малых А по сравнению с ОАо относительная ошибка будет невелика. В этом случае при малых углах поворота наружной и внутренней рамок, когда можно считать sin -гЛ и sin -тД

Ua Ui U2 , соответственно равными -п- и cos т

Ui

И COS тт: 1, координаты X и Y определяются с учетом (4) и (5) из простых выражений

Х ОА0

Y -ОАо

U2 W

Ui

W

(10) (11)

35

40

45Q55

Недостатком устройства, изображенного на фиг, 1, является то, что диаметр спицы 5 должен быть меньше, чем диаметр цилиндрического отверстия втулки 6, так как иначе при перемещениях точки А будет иметь место заклинивание. Большие перемещения требуют и большого зазора (люфта), ко- торый по существу является зоной неопределенности или ошибкой измерения. Для устранения этого недостатка втулка 6 устанавливается дополнительно в трехстепенном шарнире, как показано на фиг. 2, где 5 - спица, 6. - втулка с шаровой внешней поверхностью, 8 - обойма. Обойма 8 и втулка 6 с шаровой внешней поверхностью образуют трехстепенной шаровой шарнир. При перемещениях объекта 7, как линейных так и вращательных, заклинивания спицы 5 во втулке 6 уже не будет дана при малых зазорах между поверхностью спицы 5 и цилиндрической поверхностью втулки 6, так как ось втулки 6 будет самоустанавливаться вдоль оси спицы 5.

Недостатком устройства с установкой втулки в трехстепенном шарнире является то, что при больших перемещениях, в частности вдоль оси OZ, изменяется величина

ОА, а неучет ее изменения, как было ранее показано, приводит к инструментальной .ошибке.

Для устранения этого недостатка, как показано на фиг. 3, спицу 5 выполняют телескопической и снабженной датчиком линейных перемещений 9, установленном на неподвижной части спицы 10, а подвижная часть спицы 11 жестко соединена с втулкой 6, установленной в шарнире.

При наличии датчика линейных перемещений 9 определяется величина

ОА ОА0 +

Уз W

(12)

где 1)з и Кз - выходной сигнал и крутизна датчика линейных перемещений 9. В этом случае измеряются сразу три координаты X, Y и Z точки А объекта 7 согласно выражений соответственно (4), (5) и (6) с учетом (12).

Л

1/4

. -Фиг.

Составитель Г.Ануприенко Техред М. МоргенталКорректор

I

Формула изобретения

рамками, датчики углов, монтированные по осям рамок, и спицу, закрепленную на внутренней рамке. Отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей измерителя путем замера линейных перемещений, он снабжен втулкой, одетой на спицу и монтируемой на подвижном объекте.

Н.Кешеля