PL203072B1 - Przyrząd do pomiaru długości - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do pomiaru długości, mający zastosowanie do współpracy z pneumatycznymi urządzeniami pomiarowymi, jak średnicówki, pierścienie pomiarowe lub czujniki przemieszczeń liniowych, gdzie następuje pomiar odległości pomiędzy powierzchnią czujnika a powierzchnią mierzonego przedmiotu poprzez pomiar ciśnienia powietrza w obwodzie pomiarowym przyrządu.

Z opisu patentowego DE 4200401 wynika, ż e do pomiaru wstę pnego zastosowano czujnik ciśnienia ze wzmacniaczem, który znajduje się na jednym wejściu mikrokontrolera, ponadto czujnik do pomiaru ciśnienia usytuowany jest pomiędzy regulatorem ciśnienia zespołu przygotowania powietrza, a zaworem dławiącym, który jest podporządkowany czujnikowi ciś nienia służącemu do pomiaru ciśnienia pomiarowego. Znajduje się on w obszarze zbiornika wyrównawczego powietrza. Jednemu z czujników ciś nienia przyporzą dkowany jest czujnik temperatury, który takż e przyłączony jest do mikrokontrolera. Przewidziano wymienne, dopasowane do zadania pomiarowego, głowice pomiarowe, które są oznakowane np. kodem kreskowym. Ich parametry do określania odstępu między dyszą pomiarową i wzorcem są zapisane w pamięci mikrokontrolera.

Znane są również pneumatyczne przyrządy pomiarowe producentów wytwarzających pneumatyczny sprzęt pomiarowy. Opis działania, budowę i specyfikacje metrologiczne zawarte są w katalogach i dokumentacji technicznej m.in. „Pneumatische Hochdruck- Meegeraete AEROPAN CO, VEB Massinindustrie Werdau, 1977, (NRD); „Milipneu. Pneumatisches Langen-Mee-und Steuersystem, Mahr GmbH Gottingen (Niemcy); „Technische Information - pneumatische Fertigungsmeetechnik Nieberding, 2001 (Niemcy); 1999 r, Air and Air/Elektronic Gauging Mercer, 1999, (Wlk. Brytania); „Przyrząd pneumatyczny Clearline 2 I multi-Clearline Podręcznik użytkownika, wydany przez Mercer , 1989, ponadto „Metrology Equipment Herbert Controls and Instruments Ltd., 1974 (Wlk. Brytania) oraz MAHR (Niemcy), HERBERT Ltd., MERCER Ltd., (Wlk. Brytania) i MARPOS (Włochy). Każde z tych urządzeń ma przyrząd do pomiaru długości w postaci źródła sprężonego powietrza, połączonego poprzez filtr dokładnego oczyszczania i stabilizator ciśnienia z komorą pomiarową która połączona jest z głowicą pomiarową oraz układem pomiarowo-wskazującym. We wszystkich przyrządach istnieje ścisłe powiązanie pomiędzy stosowanym narzędziem pomiarowym - głowicą pomiarową a podzielnią przyrządu wyskalowaną w jednostkach długości. Do głowicy pomiarowej dobierana jest podzielnia z naniesionymi w procesie wzorcowania wskazami i odpowiednio wyskalowana. Znane są podzielnie uniwersalne, pozwalające na współpracę przyrządu z dowolnymi głowicami pomiarowymi, jednak przyrząd zaopatrzony w taką podzielnię nie gwarantuje odpowiednio wysokiej dokładności pomiarów. W przypadku, gdy wykorzystywana jest nieliniowa część charakterystyki statycznej przyrządu połączonego z głowicą pomiarową, podzielnia posiada podziałkę nieliniową, a więc taką, w której długości działek elementarnych nie są proporcjonalne do ich wartości. Jest to niewłaściwe z metrologicznego punktu widzenia, ponieważ powoduje powstanie zmiennego - zależnego od długości działki - błędu odczytu, a więc i błędu pomiaru. W przyrządach z odczytem cyfrowym zmianie ulega pobudliwość narzędzia pomiarowego, niekorzystnie wpływając na obniżenie progu pobudliwości. W efekcie ograniczona jest stosowalność przyrządu w precyzyjnych pomiarach małych zmian wymiaru.

Inne problemy pojawiają się podczas adiustacji przyrządu sprzężonego z głowicą pomiarową o charakterystyce niedopasowanej do podzielni. Czynność ta dokonywana jest za pomocą elementów kontrolnych np. pierścieni. Pokrętłami regulacyjnymi wzmocnienia i korekcji zera doprowadza się do stanu w którym zmiana wskazania odpowiada dokładnie zmianie wymiaru pomiędzy głowicą pomiarową a elementem kontrolnym. Zgodność osiągana jest tylko w dwóch punktach (wyjątkowo w trzech). W pozostałych punktach skali nie ma żadnej pewności co do zgodności pomiędzy wskazaniem a wymiarem.

Celem wynalazku jest zlikwidowanie powyższych wad i niedogodności.

Istota wynalazku, którym jest przyrząd do pomiaru długości w postaci źródła sprężonego powietrza, połączonego poprzez filtr dokładnego oczyszczania i stabilizator ciśnienia z komorą pomiarową, która połączona jest z głowicą pomiarową oraz układem pomiarowo-wskazującym, polega na tym, że układem pomiarowo-wskazującym danych jest co najmniej jeden czujnik ciśnienia P/U, który poprzez przetwornik A/C i procesor pomiarowy połączony jest z procesorem głównym, mającym zegar, pamięć RAM, pamięć EEPROM i połączony jest z komputerem i klawiaturą wewnętrzną.

Korzystnym jest, gdy procesor główny połączony jest poprzez elementy przełączające z układem sterowniczym obrabiarki.

PL 203 072 B1

Korzystnym jest także, gdy procesor główny połączony jest z drukarką.

Także korzystnym jest, gdy procesor główny ma sygnalizatory odchyłek.

Dzięki zastosowaniu przyrządy według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:

- wysoka, rozdzielczość i dokładność pomiarów, do ±0,1 μm,

- możliwość współpracy z dowolnymi głowicami pomiarowymi,

- możliwość podłączenia do elementów sterujących obrabiarek,

- możliwość odczytu przekroczenia nastawionego wcześniej pomiaru,

- możliwość dokonywania wzorcowania 2, 3 i 4-punktowego przez klawiaturę przyrządu,

- możliwość wzorcowania 16-punktowego ze stanowiska sprzężonego z komputerem,

- możliwość gromadzenia w pamięci danych pomiarowych,

- możliwość zapamiętywania do piętnastu charakterystyk głowic pomiarowych,

- możliwość dokonywania zewnętrznej kalibracji przetwornika ciśnienia P/U,

- możliwość pomiaru ciśnienia kaskadowego,

- wyeliminowanie korektora „zero,

- niewielkie zużycie czynników energetycznych,

- możliwość zastosowania dwóch urządzeń odczytowych - klasycznej podzielni ze wskazówką oraz czterodekadowego numerycznego pola odczytowego.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu uwidoczniono w schemacie blokowym na rysunku.

Przyrząd składa się z bloku pneumatycznego A i bloku elektronicznego B. Blok pneumatyczny A ma połączony ze źródłem sprężonego powietrza, nie uwidocznionym na schemacie, filtr dokładnego oczyszczania 1, połączony poprzez stabilizator ciśnienia 2 i regulator czułości 3 z komorą pomiarową 4. Komora pomiarowa 4 połączona jest z głowicą pomiarową 5 oraz czujnikiem P/U 6 bloku elektronicznego B. Czujnik P/U 6 połączony jest poprzez przetwornik A/C 7 i procesor pomiarowy 8 z procesorem głównym 9. Procesor główny 9 ma pamięć RAM 10, zegar 11 oraz pamięć EEPROM 12. Połączony jest z komputerem 13, klawiaturą wewnętrzną 14 i urządzeniem odczytowym 15.

W odmianie wykonania procesor główny 9 połączony jest z drukarka 14.

W innej odmianie wykonania procesor główny 9 jest połączony poprzez elementy przełączające 16 z układem sterowniczym obrabiarki 17.

W kolejnej odmianie procesor główny 9 ma sygnalizatory odchyłek 18.

Zadaniem części pneumatycznej A przyrządu jest ostateczne uzdatnienie powietrza oraz regulacja parametrów metrologicznych przyrządu. Przyrząd zasilany jest wstępnie oczyszczonym powietrzem o nadciśnieniu pz=500 ± 50 kPa. Po dokładnym odfiltrowaniu z cząstek stałych oraz wody i innych zanieczyszczeń powietrze wpływa do stabilizatora 2. Na wyjściu stabilizatora A ciśnienie wynosi p_s=150 kPa i zmienia się maksymalnie o ± 0,2 kPa w całym zakresie poboru powietrza Q < 100, 110 > l/h (przy pz=150 kPa).

Kolejnym elementem przez który przepływa powietrze jest regulator czułości 3 wykonany w postaci zaworu iglicowego lub dyszy o określonej średnicy. Element ten, regulując natężenie przepływu powietrza, wpływa na nachylenie charakterystyki statycznej i tym samym na wzmocnienie sygnału zmiany mierzonej wielkości s. Opuszczając regulator czułości 3 powietrze rozpręża się w komorze pomiarowej 4. Ustala się w niej ciśnienie pomiarowe - kaskadowe p_k zależnie od mierzonej długości s oraz przekrojów poprzecznych dysz lub dyszy głowicy pomiarowej 5 i regulatora czułości 3. W przyrządzie nie występuje pomocniczy zawór. Funkcję ustalania załączenia sygnalizacji przekroczenia nastawianego wymiaru przejmuje blok elektroniczny składający się z czujnika ciśnienia 6, przetwornika A/C 7, procesora głównego 9, połączonego z klawiaturą komputera służącą do ustawiania wartości granic wymiaru.

Następnie powietrze przepływa przewodami pneumatycznymi do głowicy pomiarowej 5 np. średnicówki pneumatycznej lub czujnika mierzącego zmiany odległości s między czołem dyszy głowicy, a powierzchnią mierzonego przedmiotu i dalej do atmosfery. Pomiar ciśnienia pomiarowego pk stanowiący miarę mierzonej odległości odbywa się w odpowiednio dobranym punkcie komory pomiarowej. Jest realizowany za pomocą piezorezystancyjnego przetwornika ciśnienia.

Zadaniem części elektronicznej B jest pomiar i przetwarzanie pneumatycznego sygnału pomiarowego p_k. Pomiar realizowany jest za pośrednictwem piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia 6 wysokiej klasy dokładności z układem autokompensacji temperaturowej. Czujnik 6 pracuje w układzie różnicowym tj. mierzy ciśnienie pomiarowe p_k oraz ciśnienie p_s za stabilizatorem 2 a elektryczny sy4

PL 203 072 B1 gnał wyjściowy stanowi funkcję różnicy sygnałów pk i ps. W ten sposób zmniejszono wrażliwość układu pomiarowego na wahania ciśnienia w sieci pneumatycznej i uzyskano większą dokładność pomiaru.

Sygnał z czujnika ciśnienia 6 przetwarzany jest następnie przez 16 bitowy przetwornik A/C 7 i kierowany do procesora 8. Procesor 8 poprzez procesor 9 współpracuje z pamięcią RAM/ROM 10, w której zapisana jest tablica kalibracyjna, umożliwiająca kalibrację czujnika ciśnienia 6. Dzięki temu możliwa jest kompensacja błędu liniowości przetwornika. Po wyjściu z procesora 8 sygnał kierowany jest do procesora głównego 9. W nim poddawany jest filtracji tworząc w efekcie zbiór wielkości mierzonej. Procesor 9 umożliwia przeprowadzenie procesu kalibracji głowicy pomiarowej. Poszczególnym wartościom mierzonej długości przyporządkowane są w procesie kalibracji odpowiednie położenie wskazówki i wskazanie na wyświetlaczu. Możliwe są dwa przypadki wzorcowania głowicy pomiarowej:

- wykorzystując specjalne stanowisko badawcze zadaje się zakres zmian długości s (szczeliny pomiarowej) i do przyrządu transmitowane są pary wartości; ciśnienia pomiarowego pki oraz szczeliny pomiarowej si,

- drugi przypadek dotyczy wzorcowania narzędzi pneumatycznych, przeprowadzonego w warunkach przemysłowych. W przyrządzie możliwe jest przypisanie przez użytkownika do czterech wartości wskazań o ile dysponuje się taką samą ilością wzorców. Powyższa procedura aproksymuje ciągłą charakterystykę statyczną głowicy pomiarowej maksymalnie za pomocą trzech odcinków.

W pamięci przyrządu może być zapisanych do piętnastu charakterystyk linearyzujących charakterystyki statyczne głowic pomiarowych.

Na wstępie operator dokonuje wyboru ilości wzorców ustawczych, maksymalnie do 4 sztuk. Po umieszczeniu głowicy pomiarowej w pierwszym wzorcu o wymiarze §1 w komorze pomiarowej ustala się ciśnienie pomiarowe p_k1. Za pomocą klawiatury 14 dokonywany jest obrót wskazówki przyrządu w położenie odpowiadające wymiarowi (odchyłce) s-ι. Po zaakceptowaniu nastawy czynność jest powtarzana z pozostałymi wzorcami. Po wykonaniu kalibracji rzeczywista charakterystyka statyczna głowicy jest aproksymowana jednym lub maksymalnie trzema odcinkami. Już zastosowanie dwu lub więcej odcinkowej aproksymacji pozwala istotnie zmniejszyć błąd linearyzacji.

Procesor 9 umożliwia również sterowanie pozostałymi funkcjami przyrządu tj. komunikacja z operatorem za pośrednictwem klawiatury 14, komunikację z komputerem 13 oraz urządzeniem odczytowym 15, który oznacza wartość mierzonej odchyłki.

Claims (4)

1. Przyrząd do pomiaru długości w postaci źródła sprężonego powietrza, połączonego poprzez filtr dokładnego oczyszczania i stabilizator ciśnienia z komorą pomiarową, która połączona jest z głowicą pomiarową oraz układem pomiarowo-wskazującym, znamienny tym, że układem pomiarowo-wskazującym danych jest co najmniej jeden czujnik ciśnienia P/U (6), który poprzez przetwornik A/C (7) i procesor pomiarowy (8) połączony jest z procesorem głównym (9), mającym zegar (11), pamięć RAM (10), pamięć EEPROM (12) i połączony jest z komputerem (13) i klawiaturą wewnętrzną (14).

2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że procesor główny (9) połączony jest poprzez elementy przełączające (16) z układem sterowniczym obrabiarki (17).

3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że procesor główny (9) połączony jest z drukarką (15).

4. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, ze procesor główny (9) ma sygnalizatory odchyłek (18).