PL244572B1 - Uchwyt do mocowania i pozycjonowania próbek posiadających otwór centralny - Google Patents

Abstract

Uchwyt, charakteryzuje się tym, że na jego podstawie (1) jest jarzmo (2), do którego wychylnie zamocowana jest podstawka (3) mająca na swojej powierzchni od strony przeciwnej w stosunku do podstawy (1) tuleję do nakładania i mocowania na niej próbki (12) posiadającej otwór centralny, a kąt nachylenia podstawki (3) względem podstawy (1) jest regulowany regulacyjną śrubą mikrometryczną (20).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uchwyt do mocowania i pozycjonowania próbek posiadających otwór centralny, mający zastosowanie zwłaszcza do pomiaru struktury geometrycznej takich próbek metodą stykową lub metodami optycznymi.

Podczas pomiaru struktury geometrycznej powierzchni, w ujęciu 2D oraz 3D, metodą stykową jak i metodami optycznymi, istotne jest, aby w badanym obszarze różnica wysokości punktów na mierzonej powierzchni przy danym zamocowaniu była jak najmniejsza. Zapewnia to maksymalne ograniczenie potrzebnego zakresu pomiarowego w osi pionowej (osi Z). Przy bardzo dużych różnicach wysokości punktów przy danym zamocowaniu może zaistnieć sytuacja, w której zakres pomiarowy urządzenia będzie niewystarczający i pomiar wybranego obszaru nie będzie możliwy.

W przypadku pomiaru topografii powierzchni za pomocą profilometrów stykowych zmniejszenie potrzebnego zakresu pomiarowego wiąże się z możliwością zwiększenia rozdzielczości pionowej pomiaru, czyli zwiększenia dokładności pomiaru. Profilometry stykowe mają zazwyczaj więcej niż jeden zakres pomiarowy, np. dla profilometru znanego pod nazwą handlową MarSurf M 400, przy zakresie pomiarowym ±250 μm rozdzielczość pionowa wynosi 8 nm, a przy zakresie pomiarowym ±25 μm rozdzielczość pionowa wynosi 0,8 nm. W przypadku systemów optycznych ograniczenie potrzebnego zakresu pomiarowego w osi Z również może skutkować zwiększeniem dokładności pomiaru, a także pozwala na skrócenie czasu pomiaru.

W celu zminimalizowania potrzebnego pionowego zakresu pomiarowego konieczna jest odpowiednia niwelacja mierzonej powierzchni. Jej właściwe wy poziomowanie jest również potrzebne dla ograniczenia błędów pomiarowych. Mierzony element powinien być tak ustawiony do pomiaru, aby ostrze odwzorowujące - w przypadku metody stykowej - lub wiązka światła - w przypadku metody optycznej - były skierowane pod odpowiednim kątem w stosunku do badanej powierzchni.

Odpowiednie pozycjonowanie mierzonej części prowadzi do zwiększenia dokładności pomiaru poprzez ograniczenie błędów pomiarowych i zwiększenie rozdzielczości pionowej pomiaru oraz pozwala na skrócenie czasu pomiaru. Precyzyjne pozycjonowanie mierzonej części względem pionowej osi przyrządu pomiarowego do pomiarów struktury geometrycznej powierzchni jest zatem kluczowe ze względu na zapewnienie właściwych warunków pomiaru.

Pozycjonowanie mierzonej części nie ogranicza się jednak wyłącznie do ustalenia relacji powierzchni pomiarowej do osi pionowej urządzenia. Istotne jest również jej położenie w osiach poziomych - XY. W przypadkach kiedy do właściwej orientacji powierzchni mierzonej w osiach poziomych potrzebne są jedynie dwa przesunięcia - przesunięcie w osi X oraz w osi Y - realizowane jest ono z wymaganą dokładnością zazwyczaj jedynie poprzez przesuw stolika przyrządu pomiarowego. Przy zastosowaniu wyłącznie przesuwu stolika problematycznym jest jednak precyzyjne pozycjonowanie powierzchni pomiarowych, których położenie musi być wyznaczone względem osi obrotu próbki i przykładowo pomiędzy kolejnymi obszarami mierzonymi lub pomiędzy obszarem mierzonym a innymi elementami próbki zachodzą relacje kątowe.

Jedna z koncepcji mocowania mierzonego elementu, która może znaleźć zastosowanie podczas pomiarów struktury geometrycznej powierzchni, daje możliwość obrotu części w trzech osiach dzięki zastosowaniu przegubu kulistego. Takie systemy mocujące są znane między innymi z amerykańskich opisów wynalazków US 1333432 A, US 3815892 A oraz z chińskiego opisu wzoru użytkowego CN 3815892 A. Stosując przegub kulisty trudno jest jednak precyzyjnie pozycjonować próbkę. Uzyskanie większej dokładności pozycjonowania mierzonej części poprzez obrót umożliwiają rozwiązania konstrukcyjne znane z opisów zgłoszeniowych US 1507815 A oraz US 2207881 A. We wszystkich przytoczonych przykładach mocowanie odbywa się na powierzchniach bocznych, a uzyskanie precyzyjnego i powtarzalnego pozycjonowania jest utrudnione.

Wynalazek jest odpowiedzią na problem uzyskania uchwytu pozwalającego na precyzyjne i powtarzalne pozycjonowanie w przestrzeni próbek posiadających otwór centralny, charakteryzującego się niewielkimi gabarytami, dzięki czemu może być stosowane w przyrządach pomiarowych o ograniczonej przestrzeni roboczej.

Uchwyt do mocowania i pozycjonowania próbek posiadających otwór centralny, zawierający podstawę oraz śrubę regulacyjną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na jego podstawie jest jarzmo, do którego wychylnie zamocowana jest podstawka mająca na swojej powierzchni, od strony przeciwnej w stosunku do podstawy, tuleję do nakładania i mocowania na niej próbki posiadającej otwór centralny, a kąt nachylenia podstawki względem podstawy jest regulowany regulacyjną śrubą mikrometryczną.

Korzystnie tuleja uchwytu jest połączona rozłącznie z podstawką.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli tuleja uchwytu ma, od strony przeciwnej względem podstawki, nakrętkę do mocowania pozycjonowanej próbki na tej tulei.

Następne korzyści uzyskuje się, jeżeli podstawka uchwytu ma trzpień o osi równoległej do osi obrotu podstawki, a na podstawie jest osadzony przesuwnie, o kierunku przesuwu prostopadłym do osi tego trzpienia, klin który ma jeden bok prostopadły do rdzenia śruby mikrometrycznej a końcówka tego rdzenia jest dociśnięta do powierzchni tego boku klina, zaś trzpień jest dociśnięty do ukośnej powierzchni tego klina.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeżeli uchwyt zawiera, połączoną na jednym końcu z podstawką, a na drugim z podstawą, trzecią sprężynę do dociskania trzpienia do powierzchni ukośnej klina.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli na powierzchni czołowej podstawy jest występ podtrzymujący, a śruba mikrometryczna ma korpus zamocowany do tego występu podtrzymującego.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeśli uchwyt ma czwartą sprężynę, której jeden koniec jest połączony z klinem a drugi jest połączony z występem podtrzymującym.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeśli tuleja uchwytu ma obwodowy kołnierz na swojej krawędzi od strony podstawki.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli kołnierz tulei uchwytu ma na swojej powierzchni podziałkę.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeśli podstawka ma od strony tulei płaszczyznę, a tuleja jest prostopadła do tej płaszczyzny.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeżeli na powierzchni kołnierza tulei są co najmniej dwa rzędy koncentrycznie rozmieszczonych wgłębień, a wszystkie wgłębienia danego rzędu są w równej odległości od osi tulei oraz w równej odległości kątowej między sobą, a odległość kątowa wgłębień między sobą oraz odległość wgłębień od osi tulei w ramach danego rzędu jest różna od odległości kątowej wgłębień między sobą oraz odległości wgłębień od osi tulei w ramach innego rzędu, przy czym podstawka zawiera otwory, w liczbie odpowiadającej liczbie rzędów wgłębień, a każdemu rzędowi wgłębień jest przyporządkowany jeden otwór, który jest umiejscowiony na tej podstawce w odległości od osi tulei odpowiadającej odległości wgłębień tego rzędu od osi tulei, a ponadto w jednym z tych otworów jest wkręcona śruba dociskowa mająca końcówkę swojego rdzenia zwróconą ku powierzchni kołnierza, na której rozmieszczone są wgłębienia, a ponadto ma zamocowaną na tej końcówce kulkę sprężynującą dociśniętą do powierzchni jednego z wgłębień rzędu wgłębień, któremu jest przyporządkowany ten otwór.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli jego śruba mikrometryczna ma bęben obrotowy z podziałką.

Następne korzyści uzyskuje się, jeśli przesuwne osadzenie klina na podstawie jest zrealizowane za pomocą prowadnicy.

Dzięki zastosowaniu w uchwycie według wynalazku, mocowania związanego z centralnym otworem mierzonej próbki, rozwiązanie pozwala na rotację mierzonej próbki względem jej osi obrotu. Umożliwia on szybkie ustawienie części do kolejnych pomiarów, poprzez obrót względem jej osi obrotu, przykładowo w przypadku serii obszarów pomiarowych przesuniętych względem siebie o określony kąt. Wynalazek pozwala na precyzyjną niwelację mierzonej próbki poprzez obrót w jednej z poziomych osi. W przypadku próbek obrotowych mocowanych na ich otworze centralnym, obrót w jednej z poziomych osi jest zazwyczaj wystarczający do właściwego ustawienia mierzonej próbki.

Ponadto konstrukcja uchwytu zapewnia jego małe gabaryty, co jest ważne ze względu na ograniczoną przestrzeń roboczą przyrządów do pomiarów struktury geometrycznej powierzchni.

Uchwyt do mocowania i pozycjonowania próbek posiadających otwór centralny, według wynalazku w przykładzie wykonania został bliżej wyjaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uchwyt w rzucie izometrycznym, fig. 2 - w widoku z boku, fig. 3 - w przekroju wzdłuż linii A-A pokazanej na fig. 2, fig. 4 - w widoku z góry, fig. 5 - w widoku z przodu, fig. 6 - szczegół A z fig. 5.

Uchwyt do mocowania i pozycjonowania próbek posiadających otwór centralny, według wynalazku w przykładzie wykonania ma podstawę 1, na powierzchni czołowej której jest zamocowane jarzmo 2, w którym wychylnie zamocowana jest podstawka 3. Podstawka 3, od strony przeciwnej w stosunku do powierzchni czołowej podstawy 1, ma tulejkę 4, na której za pomocą pierwszej śruby 5 zamocowana jest tuleja 6 zawierająca na swoim obwodzie, od strony podstawki 3, obwodowy kołnierz 7. Tuleja 6 na swojej wewnętrznej powierzchni ma obwodowe wybranie 8, a w tym wybraniu 8, pomiędzy wewnętrzną powierzchnią tulei 6 a zewnętrzną powierzchnią tulejki 4, jest p ierwsza sprężyna 9. Rdzeń pierwszej śruby 5 jest wkręcony w tulejkę 4, a pomiędzy łbem pierwszej śruby 5 a tulejką 4 jest podkładka 10, zaś pierwsza sprężyna 9 jest w wybraniu 8 pomiędzy podkładką 10 a początkiem tego wybrania 8 od strony kołnierza 7. Tuleja 6 na swojej zewnętrznej powierzchni od strony przeciwnej względem kołnierza 7, ma część gwintowaną 6’ i ma nakręconą na tą część gwintowaną 6’, nakrętkę 11, do mocowania pozycjonowanej próbki 12 o centralnym otworze, nakładanej na tą tuleję 6.

Podstawka 3 jest wychylnie zamocowana w jarzmie 2 za pomocą drugiej śruby 13, przy czym podstawka 3 ma gniazdo 14 a łeb tej drugiej śruby 13 jest w tym gnieździe. Ponadto pomiędzy łbem drugiej śruby 13 a powierzchnią podstawki 3 wewnątrz tego gniazda 14 jest druga sprężyna 15 do zapewnienia odpowiedniego napięcia drugiej śruby 13. Podstawka 3 po stronie przeciwnej względem jarzma 2 ma zamocowany trzpień 16 o osi równoległej do osi obrotu B podstawki 3 w jarzmie 2. Na podstawie 1 jest prowadnica 17, na której jest przesuwnie osadzony klin 18, przy czym trzpień 16 podstawki 3 jest dociśnięty do ukośnej powierzchni tego klina 18 za pomocą trzeciej sprężyny 19 zamocowanej na jednym końcu do pods tawki 3, a na drugim do podstawy 1. Kierunek X wzdłuż którego porusza się klin 18 jest prostopadły do osi obrotu B podstawki 3. Na podstawie 1 prostopadle do osi obrotu B podstawki 3 jest zamocowana regulacyjna śruba mikrometryczna 20, której końcówka rdzenia jest dociśnięta do klina 18. Śruba mikrometryczna 20 ma korpus 21 zamocowany do występu podtrzymującego 22. Klin 18 jest połączony czwartą sprężyną 23 z występem podtrzymującym 22. Śruba mikrometryczna 20 ma bęben obrotowy 24. Na kołnierzu 7 tulei 6, a także na bębnie obrotowym 24 śruby mikrometrycznej 20, jest podziałka. Na powierzchni kołnierza 7 skierowanej ku powierzchni podstawki 3 jest sześć rzędów wgłębień 25, przy czym każdy z tych rzędów wgłębień 25 ma inną odległość kątową pomiędzy należącymi do niego wgłębieniami 25. Na powierzchni podstawki 3 skierowanej ku powierzchni kołnierza 7 jest rozmieszczonych sześć otworów 26, a każdy z tych otworów odpowiada swoim położeniem innej serii wgłębień 25 na powierzchni kołnierza 7. W wybranym otworze 26 jest wkręcona śruba dociskowa 27 z kulką sprężynującą.

Poniżej przedstawiono zasady działania uchwytu według wynalazku.

Na tuleję 6 nakłada się pozycjonowaną próbkę 12 posiadającą centralny otwór. Następnie jej położenie na tulei 6 blokuje się poprzez nakręcenie nakrętki 11 na część gwintowaną 6’ tulei 6. Za pomocą bębna obrotowego 24 śruby mikrometrycznej 20 dociska się końcówkę jej rdzenia do zamocowanego w prowadnicy 17 klina 18. Obrót bębna obrotowego 24 powoduje przesunięcie końcówki rdzenia śruby mikrometrycznej 20 i jej oddalenie albo przybliżenie do krawędzi podstawy 1 przeciwnej w stosunku do krawędzi przy której zamocowana jest śruba mikrometryczna 20 w kierunku zgodnym z kierunkiem X, w którym przesuwany jest klin 18 po prowadnicy 17. Klin 18 jest dociśnięty do końcówki rdzenia śruby mikrometrycznej 20 za pomocą czwartej sprężyny 23, dzięki czemu zapewnione jest jego precyzyjne przesuwanie po prowadnicy 17 oraz możliwy jest powrót ku krawędzi podstawy 1, przy której zamocowana jest śruba mikrometryczna 20. Przesunięcie klina 18 powoduje zmianę pozycji trzpienia 16 dociśniętego do ukośnej powierzchni klina 18 w kierunku Z, to jest jego oddalenie albo przybliżenie do podstawy 1, a tym samym obrót podstawki 3 wokół poziomej osi B, za pomocą którego prowadzona jest niwelacja mierzonej powierzchni. Dzięki trzeciej sprężynie 19 podstawka 3 jest zabezpieczona przed obrotem spowodowanym siłą ciężkości pozycjonowanej próbki 12. Dzięki podziałce na bębnie obrotowym 24 znane jest wysunięcie śruby mikrometrycznej 20. Wiedząc jaka powinna być pozycja śruby mikrometrycznej 20 dla danej pozycjonowanej próbki 12 można szybciej przeprowadzić jej niwelację. Jest to przydatne podczas pomiaru tej samej części w odstępach czasu lub pomiaru elementów o podobnej lub takiej samej geometrii. Obrót pozycjonowanej próbki 12 względem jej osi jest realizowany przez obracanie tulei 6 wokół jej osi C, a obroty realizowane są skokowo, dzięki wgłębieniom 25 na powierzchni kołnierza 7 skierowanej ku powierzchni podstawki 3 oraz kulce sprężynującej śruby dociskowej 27 osadzonej w jednym z otworów podstawki 3. Podczas obracania tulei 6 kulka śruby dociskowej 27 pozycjonuje się w kolejnym wgłębieniu 25 na powierzchni kołnierza 7 tulei 6 skierowanej ku powierzchni podstawki 3.

	Wykaz oznaczeń
1	—	podstawa	14	—	gniazdo
2	—	jarzmo	15	—	druga sprężyna
3	—	podstawka	16	—	trzpień
4	—	tulejka	17	—	prowadnica
5	—	pierwsza śruba	18	—	klin
6	—	tuleja	19	—	trzecia sprężyna
6’	—	część gwintowana	20	—	śruba mikrometryczna
7	—	kołnierz	21	—	korpus
8	—	wybranie	22	—	występ podtrzymujący
9	—	pierwsza sprężyna	23	—	czwarta sprężyna
10	—	podkładka	24	—	bęben obrotowy
11	—	nakrętka	25	—	wgłębienie
12	—	próbka	26	—	otwór
13	—	druga śruba	27	—	śruba dociskowa

Claims (13)

1. Uchwyt do mocowania i pozycjonowania próbek posiadających otwór centralny, zawierający podstawę oraz śrubę regulacyjną, znamienny tym, że na jego podstawie (1) jest jarzmo (2), do którego wychylnie zamocowana jest podstawka (3) mająca na swojej powierzchni, od strony przeciwnej w stosunku do podstawy (1), tuleję (6) do nakładania i mocowania na niej próbki (12) posiadającej otwór centralny, a kąt nachylenia podstawki (3) względem podstawy (1) jest regulowany regulacyjną śrubą mikrometryczną (20).

2. Uchwyt według zastrz. 1, znamienny tym, że jego tuleja (6) jest połączona rozłącznie z podstawką (3).

3. Uchwyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jego tuleja (6) ma, od strony przeciwnej względem podstawki, nakrętkę (11) do mocowania pozycjonowanej próbki (12) na tej tulei (6).

4. Uchwyt według jednego z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że jego podstawka (3) ma trzpień (16) o osi równoległej do osi obrotu (B) podstawki (3), a na podstawie (1) jest osadzony przesuwnie, o kierunku przesuwu prostopadłym do osi tego trzpienia (16), klin (18) który ma jeden bok prostopadły do rdzenia śruby mikrometrycznej (20), a końcówka tego rdzenia jest dociśnięta do powierzchni tego boku klina (18), zaś trzpień (16) jest dociśnięty do ukośnej powierzchni tego klina (18).

5. Uchwyt według zastrz. 4, znamienny tym, że zawiera, połączoną na jednym końcu z podstawką (3), a na drugim z podstawą (1), trzecią sprężynę (19) do dociskania trzpienia (16) do powierzchni ukośnej klina (18).

6. Uchwyt według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że na powierzchni czołowej podstawy (1) jest występ podtrzymujący (22), a śruba mikrometryczna (20) ma korpus (21) zamocowany do tego występu podtrzymującego (22).

7. Uchwyt według zastrz. 6, znamienny tym, że ma czwartą sprężynę (23), której jeden koniec jest połączony z klinem (18) a drugi jest połączony z występem podtrzymującym (22).

8. Uchwyt według jednego z zastrz. od 4 do 7, znamienny tym, że jego tuleja (6) ma obwodowy kołnierz (7) na swojej krawędzi od strony podstawki (3).

9. Uchwyt według zastrz. 8, znamienny tym, że kołnierz (7) jego tulei (6) ma na swojej powierzchni podziałkę.

10. Uchwyt według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że jego podstawka (3) ma od strony tulei (6) płaszczyznę, a tuleja (6) jest prostopadła do tej płaszczyzny.

11. Uchwyt według jednego z zastrz. od 8 do 10, znamienny tym, że na powierzchni kołnierza (7) tulei (6) są co najmniej dwa rzędy koncentrycznie rozmieszczonych wgłębień (25), a wszystkie wgłębienia (25) danego rzędu są w równej odległości od osi tulei (6) oraz w równej odległości kątowej między sobą, a odległość kątowa wgłębień (25) między sobą oraz odległość wgłębień (25) od osi tulei (6) w ramach danego rzędu jest różna od odległości kątowej wgłębień między sobą oraz odległości wgłębień (25) od osi tulei (6) w ramach innego rzędu,

PL 244572 BI przy czym podstawka (3) zawiera otwory (26), w liczbie odpowiadającej liczbie rzędów wgłębień (25), a każdemu rzędowi wgłębień (25) jest przyporządkowany jeden otwór (26), który jest umiejscowiony na tej podstawce (3) w odległości od osi tulei (6) odpowiadającej odległości wgłębień (25) tego rzędu od osi tulei (6), a ponadto w jednym z tych otworów (26) jest wkręcona śruba dociskowa (27) mająca końcówkę swojego rdzenia zwróconą ku powierzchni kołnierza (7), na której rozmieszczone są wgłębienia (25), a ponadto ma zamocowaną na tej końcówce kulkę sprężynującą dociśniętą do powierzchni jednego z wgłębień (25) rzędu wgłębień (25), któremu jest przyporządkowany ten otwór (26).

12. Uchwyt według jednego z zastrz. od 1 do 11, znamienny tym, że jego śruba mikrometryczna (20) ma bęben obrotowy (24) z podziałką.

13. Uchwyt według jednego z zastrz. od 4 do 12, znamienny tym, że przesuwne osadzenie klina (18) na podstawie (1) jest zrealizowane za pomocą prowadnicy (17).