RU1783273C - Координатна измерительна головка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к координатным измерительным машинам, предназначенным дл  измерени  различных линейных и угловых размеров, а также отклонений формы и расположени  поверхностей изделий с простой и сложной пространственной формой . Цель изобретени  - повышение точности измерени  путем снижени  контактных деформаций контролируемого издели  измерительным наконечником. Головка содержит корпус, последовательно св занные между собой и с корпусом с возможностью относительного перемещени  координатные каретки, одна из которых несет по крайней мере один измерительный наконечник, причем кажда  kapetKa состоит из двух частей , установленных с возможностью относительного перемещени ,, измерительного преобразовател  перемещени  каретки и узла установки каретки в геометрическую нулевую точку и создани  измерительного усили , который включает в себ  упругий стержень с шариком, на одном конце, жестко соединенный вторым концом с одной частью каретки, и фиксатор, св занный со второй частью каретки и взаимодействующий с шариком. Новым в головке  вл етс  выполнение фиксатора в виде призмы с продольным двухгранным пазом и установка его с возможностью перемещени  вдоль оси упругого стержн . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к координатным измерительным машинам, и может быть использовано дл  контрол  простых и сложных пространственных изделий по нескольким координатам

Известна координатна  измерительна  головка (1), содержаща  корпус, св занные между собой и с корпусом с возможностью относительного перемещени  координатные каретки, одна из которых несет по крайней мере один измерительный наконечник,

причем кажда  каретка состоит из двух частей , установленных с возможностью относительного перемещени , измерительного преобразовател  перемещени  каретки и узла установки каретки в геометрическую нулевую точку и создани  измерительного усили .

Недостатком известной головки  вл етс  конструктивна  сложность устройства дл  установки каретки в геометрическую нулевую точку и создани  измерительного усили  и, как следствие этого, невысока 

4 00

GO hO XI GJ

надежность измерительной головки в целом

Указанна  конструктивна  сложность заключаетс  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 трем  шаговыми двигател ми и трем  электромагнитами необходимо посто нно осуществл ть с помощью измерительного преобразовател  соответствующей каретки через центральную ЭВМ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности  вл етс  координатна  измерительна  головка (2), содержаща  ко рпус, последовательно св занные между собой и с кЪрпусом с возможностью относительного перемещени  координатные каретки, одна из которых несет по крайней мере один измерительный наконечник, примем кажда  каретка состоит из двух частей, установленных с возможностью Относительного перемещени , измерительного преобразовател  перемещени  каретки и узла установки каретки в геомет- рическую нулевую точку и создани  измерительного усили , который включает в себ  упругий стержень с шариком на одном конце , жестко соединенный вторым концом с одной частью каретки, и фиксатором, св занным со второй частью каретки и взаимодействующим с шариком.

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

Это обусловлено тем, что в известной измерительной головке после создани  максимального измерительного усили , которое обеспечиваетс  изгибом стержн  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 нат гом, равным максимальному измерительному усилию. Так как усилие любой спиральной пружины пропорционально величине сжати  (раст жени ), то измерительный наконечник в известной гоповке после достижени  максимального

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

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

Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет снижени  контактных

0 деформаций контролируемого издели  измерительным наконечником.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в известной координатной измерительной головке фиксатор выполнен в виде призмы с

5 продольным двухгранным пазом и установлен с возможностью перемещени  вдоль оси упругого стержн /

На фиг,1 приведена конструктивна  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 создани  измерительного усили  по соответствующей координате.

Измерительна  головка (фиг.1) содержит корпус 1, св занную с корпусом 1 карет- ку 2, имеющую возможность перемещени 

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

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

Величина перемещени  кареток по всем координатным ос м определ етс  при

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

Узел установки каретки в геометрическую нулевую точку и создани  изме0 рительного усили  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 перемещени  вдоль оси упругого стержн  7 благодар , например, плоской пружине 10. Наиболее оптимальным  вл етс  взаимодействие фиксатора 9 с шариком 8 под действием собственного веса. Дл  каретки 2 допускаетс  использование дл  этих цепей пружину

Координатна  измерительна  головка работает следующим образом.

- В исходном состо нии измерительной головки, когда измерительное усилие равно нулю, шарик 8 находитс  в фиксаторе 9, а упругий стержень 7 выпр млен, т.к. не испытывает бокового усили , В этом состо нии измерительна  система б устанавливаетс  на нулевой отсчет и такое положение каретки 4 называетс  геометрической нулевой точкой. Одновременно ана- логичным образом устанавливаетс  геометрическа  нулева  точка и по другим координатам измерительной головки.

При касании шарика измерительного наконечника 5 с контролируемым изделием каретка 4 смещаетс  в противоположном направлении, а упругий стержень 7 начинает работать на изгиб, что позвол ет обеспечить крутую характеристику усили  - перемещени  измерительного наконечника при незначительном (несколько дес тков микрометров) его отклонении.

Вес и угол призмы фиксатора 9, а также коэффициент трени  между шариком 8 и призмой подобраны таким образом, что при достижении измерительным наконечником 5 максимального измерительного усили  (несколько дес ток Ньютона) шарик 8 начинает смещатьс  в направлении перемещени  каретки 4. При этом фиксатор 9 благодар  плойкой пружине 10 начинает под действием усили , передаваемого через упругий стержень 7 шариком 8, подниматьс  вверх в направлении, перпендикул рном перемещению кйретки 4 Усилие, приложенное к наконечнику 5, в этом случае остаетс  неизменным и равно максимальному измерительному усилию.

При сн тии усили  с наконечника 5, т.е. при отсутствии контакта с контролируемым изделием, каретка 4 под действием веса фиксатора 9 и обратного изгиба упругого стержн  7, благодар  упругой деформации, возвращаетс  в исходное состо ние и таким образом наконечник 5 устанавливаетс  в геометрическую нулевую точку.

Аналогичным образом работают каретки 2 и 3.

Перед сдачей в эксплуатацию координатной измерительной машины с измерительной головкой производ т при помощи динамометра и измерительных систем головки тарировку усили  измерительной головки . Тарировка заключаетс  в определении по каждой координате зависимости измерительное усилие - смещение измерительного наконечника, котора  затем посто нно хранитс  в пам ти ЭВМ координатной измерительной машины.

Процесс измерени  координат контро- 5 лируемой точки с помощью измерительной головки заключаетс  в следующем.

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

0 пространственного расположени  поверхности контролируемого издели  каретки 2, 3 и 4 начинают смещатьс  таким образом, что составл юща  их направлени  перемещени  направлена по нормали к поверхно5 сти контролируемого издели . Величина смещени  кареток 2, 3 и 4 определ етс  соответствующей измерительной системой кареток. При смещении одной из кареток на определенную величину (обычно более

0 100 мкм), котора  гарантирует нахождение наконечника 5 в контакте с поверхностью контролируемого издели , производитс  автоматически съем показаний всех измерительных систем кареток 2,3, 4, необходи 5 мый дл  определени  нормали к поверхности контролируемого издели  и знака коррекции на радиус шарика наконечника 5. Одновременно при этом выдаетс  команда на торможение приводов коорди0 натной измерительной машины. После окончани  торможени  привода вновь включаетс , но в противоположном направлении , и обеспечивают отработку необходимого положени  измерительного

5 наконечника 5 относительно координатной измерительной машины путем установки на измерительных системах кареток головки необходимого (рассчитанного ЭВМ) значени , которое обеспечивает заданное изме0 рительное усилие. Производитс  съем показаний с измерительных систем головки и координатной измерительной машины, которые поступают в ЭВМ, а затем, в зависимости от режима измерени , осуществл 5 етс  либо сканирование поверхности контролируемого издели , либо отъезд от нее.

В предлагаемом техническом решении в процессе измерени  максимальное уси0 лие, оказываемое шариком наконечника на контролируемый объект, не превышает максимального измерительного усили  и будет составл ть 0,5 Н, в то врем  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 врем  как при использовании предлагаемого технического решени  она не будет превышать 0,39 мкм.

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

Claims (1)

1. Формула изобретени  Координатна  измерительна  головка, содержаща  корпус, последовательно св занные между собой и с корпусом с возможностью относительного пе реНие щени  координатные каретки, одна из которых несет по крайнем мере один измерительный наконечник, причем кажда  каретка состоит

   0

   5

   из двух частей, установленных с возможностью относительно перемещени , измерительного преобразовател  перемещени  каретки и узла установки каретки в геометрическую нулевую точку и создани  измерительного усили , который включает в себ  упругий стержень с шариком на одном конце , жестко соединенный вторым концом с одной частью каретки, и фиксатор, св занный со второй частью каретки и взаимодействующий с шариком, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности измерени , фиксатор выполнен в виде призмы с продольным двухгранным пазом и установлен с возможностью перемещени  вдоль оси упругого стержн .

   фиг. i

   40

   /

   /

   Л

   /

   /

   /

   /

   /

   /

   Фиг. 2