PL219354B1 - Pneumoelektryczny układ do pomiaru długości - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest pneumoelektryczny układ do pomiaru długości współpracujący z pneumatycznymi głowicami pomiarowymi, służący do pomiaru odchyłek wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych, odchyłek położenia itp.

Głowicami pomiarowymi są pierścienie pomiarowe, średnicówki, czujniki przemieszczeń liniowych oraz inne specjalne narzędzia pomiarowe, w których podczas pomiaru zmiana odległości pomiędzy powierzchnią narzędzia pomiarowego (głowicy pomiarowej) a powierzchnią mierzonego przedmiotu wywołuje zmianę ciśnienia powietrza w obwodzie pomiarowym przyrządu.

Znane są pneumatyczne przyrządy pomiarowe producentów wytwarzających pneumatyczne przyrządy pomiarowe. Opis działania, budowa i specyfikacje metrologiczne zawarte są w katalogach i dokumentacji technicznej: „Pneumatische Hochdruck-Messgeraete AEROPAN CO”, VEB Massinindustrie Werdau, 1977, (NRD); „Milipneu. Pneumatisches Langen-Mess-und Steuersystem”, Mahr GmbH Gottingen (Niemcy); „Technische Information - pneumatische Fertigungsmesstechnik” Nieberding, 2001 (Niemcy); 1999 r, „Air and Air/Elektronic Gauging” Mercer, 1999, (Wielka Brytania); „Przyrząd pneumatyczny Clearline 2 i multiClearline”. Podręcznik użytkownika, wydany przez Mercer Ltd., (Wielka Brytania), 1989; „Metrology Equipment” Herbert Controls and Instruments Ltd., 1974 (Wielka Brytania); takich jak MAHR (Niemcy), HERBERT Ltd., MERCER MARPOS (Wło ch y) .

Zasadniczymi elementami przyrządów pneumatycznych są: komora pomiarowa, która połączona jest od strony zasilania z elementem służącym do regulacji czułości (wzmocnienia), a z przeciwnej strony z głowicą pomiarową. Regulacja czułości, zapewniająca uzyskane pożądanej charakterystyki metrologicznej dokonywana jest za pomocą dyszy wlotowej o stałym (dysza otworowa) lub zmiennym przekroju (zawór iglicowy). Czynność ta dokonywana jest ręcznie przez operatora za pomocą elementów kontrolnych, np. pierścieni wzorcowych. Pokrętłami regulacyjnymi wzmocnienia (zaworem iglicowym pełniącym rolę dyszy wlotowej o regulowanym przekroju) oraz korekcji zera doprowadza się do stanu, w którym zmiana wskazania odpowiada dokładnie zmianie wymiaru pomiędzy głowicą pomiarową a zastosowanymi wzorcami. Wyjątek stanowi sytuacja, w której zamiast zaworu iglicowego stosuje się dyszę wlotową o stałym przekroju, co z jednej strony zapewnia uzyskanie najwyższej dokładności pomiaru, z drugiej zaś ogranicza jego parametry metrologiczne do ustalonych przez przekroje otworów głowicy i dyszy wlotowej.

Komorę pomiarową w przeważającej ilości rozwiązań konstrukcyjnych przyrządów stanowi elastyczny przewód łączący dyszę wlotową z głowicą pomiarową zaopatrzoną w jedną lub wiele dysz pomiarowych. Pomiar ciśnienia w komorze odbywa się za pomocą precyzyjnego manometru mechanicznego lub elektronicznego przetwornika ciśnienia.

W przyrządach istnieje ścisłe powiązanie pomiędzy stosowanym narzędziem pomiarowym (głowicą pomiarową) a podzielnią przyrządu wyskalowaną w jednostkach długości. Inaczej mówiąc do danej głowicy pomiarowej dobierana jest podzielnia z naniesionymi w procesie wzorcowania wskazami i odpowiednio ocyfrowana.

W przyrządach z elektronicznym przetwarzaniem sygnału (np. Pneutronik B25, B50 produkcji IZTW w Krakowie) uzyskanie żądanej charakterystyki odbywa się za pomocą wymiany dysz lub regulacji zaworem, względnie charakterystyki są przyporządkowane do danej głowicy pomiarowej (np. w niektórych przyrządach pomiarowych firmy Mahr-Federal, Hommel Etamic). Z opisu patentowego nr DE 4 200 401 wynika, że 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.

Pomiar ciśnienia w przyrządzie realizowany jest za pomocą dwóch przetworników ciśnienia. Pierwszy z nich mierzy ciśnienie o stałej wartości za reduktorem, drugi ciśnienie panujące w przestrzeni pomiędzy zaworem dławiącym a dyszą pomiarową. Po wzmocnieniu sygnały przekazywane są do mikrokontrolera w którym obliczane jest ciśnienie różnicowe przeliczane następnie na wskazanie długości.

Elektroniczny sposób przetwarzania sygnału jest również stosowany w rozwiązaniach konstrukcyjnych przyrządów w opisach patentowych nr 0 671 599 A2, nr EP 2 053 352 A2, nr DE 299 07 567 U1, nr WO 998 069, nr DE 102 36 402 A1. Uzyskanie właściwych parametrów metrologicznych w tych przyrządach osiągane jest na drodze wymiany dysz wlotowych, bądź korzystania z wcześniej uzyskanej charakterystyki statycznej, co ogranicza istotnie ich uniwersalność.

PL 219 354 B1

Istotą wynalazku jest pneumoelektryczny układ do pomiaru długości, mający blok pneumatyczny i blok elektroniczny oraz elementy tych bloków: głowice pomiarowe, czujnik ciśnienia, komputer, kontroler, charakteryzuje się tym, że blok pneumatyczny A ma połączony ze źródłem sprężonego powietrza filtr, połączony poprzez stabilizator ciśnienia i zawór iglicowy z komorą pomiarową i głowicą pomiarową mierzącą długość pomiędzy badanym przedmiotem, a dyszami głowicy pomiarowej, natomiast blok elektroniczny B stanowi silnik krokowy sterowany komputerem poprzez sterownik z kontrolerem i czujnikiem ciśnienia, przy czym oś zaworu iglicowego połączona jest mechanicznie z silnikiem krokowym.

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

Przyrząd składa się z bloku pneumatycznego A, bloku elektronicznego B oraz komputera 10. Blok pneumatyczny A ma połączony ze źródłem sprężonego powietrza, nieuwidocznionym na schemacie, filtr dokładnego oczyszczania 1, połączony poprzez stabilizator ciśnienia 2 i zawór iglicowy 3 z częścią wlotową komory pomiarowej 4. Oś zaworu iglicowego 3 połączona jest mechanicznie za pośrednictwem sprzęgła, nieuwidocznionego na rysunku, z silnikiem krokowym 5. Silnik 5 jest sterowany z komputera 10 za pośrednictwem sterownika 9 połączonego z kontrolerem 8. Króciec wylotowy komory pomiarowej 4 połączony jest za pośrednictwem elastycznego przewodu pneumatycznego z głowicą pomiarową 6 z umieszczonymi w niej, nieuwidocznionymi na rysunku, dyszami pomiarowymi. W korpusie komory wykonany jest otwór pomiarowy do którego podłączony jest jeden z króćców czujnika ciśnienia 7 przystosowanego do pomiaru metodą różnicową. Drugi króciec czujnika ciśnienia 7 podłączony jest do wyjścia stabilizatora ciśnienia 2. Czujnik 7 połączony jest poprzez przetwornik A/C, nieuwidoczniony na rysunku, z kontrolerem 8 i z komputerem 10.

Zadaniem części pneumatycznej A przyrządu jest ostateczne uzdatnienie powietrza oraz regulacja parametrów metrologicznych przyrządu. Przyrząd zasilany jest wstępnie oczyszczonym powietrzem o nadciśnieniu p_z = 500 ± 50 kPa. Po dokładnym odfiltrowaniu z cząstek stałych, wody i innych zanieczyszczeń powietrze wpływa do stabilizatora 2. Na wyjściu stabilizatora 2 ciśnienie wynosi P_s = 150 ± 0,2 kPa w całym zakresie przepływu powietrza Q < 100, 1200 > l/h.

Kolejnym elementem przez który przepływa powietrze jest regulator czułości wykonany w postaci zaworu iglicowego 3. Element ten regulując natężenie przepływu powietrza wpływa na nachylenie charakterystyki statycznej i tym samym na wzmocnienie sygnału zmiany mierzonej wielkości. Wypływające z zaworu iglicowego 3 powietrze rozpręża się w komorze pomiarowej 4. Następnie, powietrze przepływa przewodem pneumatycznym do głowicy pomiarowej 6, np. średnicówki pneumatycznej lub czujnika mierzącego szerokość szczeliny pomiędzy czołem dyszy pomiarowej w głowicy 6 a powierzchnią nieuwidocznionego na rysunku mierzonego przedmiotu i wypływa do atmosfery.

W komorze pomiarowej 4 ustała się ciśnienie pomiarowe (kaskadowe) pk zależnie od mierzonej długości (szerokości szczeliny) oraz przekrojów poprzecznych dysz w głowicy pomiarowej 6 i otwarcia zaworu iglicowego 3.

Zmianę przekroju poprzecznego zaworu iglicowego 3, a tym samym uzyskanie właściwej charakterystyki przebiegu zmiany ciśnienia pomiarowego w zależności od mierzonej długości zapewnia silnik krokowy 5.

Zadaniem części elektronicznej B jest pomiar i przetwarzanie na sygnał elektryczny pneumatycznego sygnału pomiarowego pk oraz sygnału z czujnika temperatury. Pomiar ciśnienia realizowany jest za pośrednictwem piezorezystancyjnego czujnika 7 z układem autokompensacji temperaturowej. Czujnik 7 pracuje w układzie różnicowym, tj. mierzy ciśnienie pomiarowe pk oraz ciśnienie ps za stabilizatorem 2, a elektryczny sygnał wyjściowy stanowi funkcję różnicy sygnałów pk i ps.

W ten sposób zmniejszona jest wrażliwość układu pomiarowego na wahania ciśnienia w sieci pneumatycznej, co w efekcie gwarantuje większą dokładność pomiaru. Sygnał z czujnika ciśnienia 7 przetwarzany jest przez kontroler 8 i kierowany do komputera 10.

W procesie adiustacji zmierzona wartość ciśnienia pomiarowego jest porównywana z zadaną, a różnica tych wartości wypracowuje sygnał uruchamiający za pośrednictwem kontrolera 8 i sterownika 9 zawór 3. W pamięci komputera 10 zapisana jest tablica kalibracyjna zawierająca informacje o głowicy pomiarowej 6 i wzorcach użytych w procesie adiustacji.

Dzięki temu możliwa jest szybka zmiana charakterystyki po wymianie głowicy pomiarowej 6 rozpoczęcie procesu pomiarowego. Ilość zapisanych charakterystyk jest praktycznie limitowana wielkością pamięci komputera 10.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Pneumoelektryczny układ do pomiaru długości mający blok pneumatyczny i blok elektroniczny oraz elementy tych bloków: głowice pomiarowe, czujnik ciśnienia, komputer, kontroler, znamienny tym, że blok pneumatyczny A ma połączony ze źródłem sprężonego powietrza filtr (1), połączony poprzez stabilizator ciśnienia (2) i zawór iglicowy (3) z komorą pomiarową (4) i głowicą pomiarową (6) mierzącą długość pomiędzy mierzonym przedmiotem a dyszami głowicy pomiarowej (6), natomiast blok elektroniczny B stanowi silnik krokowy (5) sterowany komputerem (10) poprzez sterownik (9) z kontrolerem (8) i czujnikiem ciśnienia (7), przy czym oś zaworu iglicowego (3) połączona jest mechanicznie z silnikiem krokowym (5).