RU2040773C1

RU2040773C1 - Device for measurement of linear movements

Info

Publication number: RU2040773C1
Application number: RU92007846A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Козлов; В.Т. Синоженко; Р.Х. Урусов
Original assignee: Специальное конструкторское бюро станочных информационно-измерительных систем
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device for measurement of linear movements has case, measurement rule with datum surfaces, reading head mounted for movement along rule, carriage kinematically coupled to reading head contacting datum surfaces of measurement rule and indication rule installed on carriage for interaction with measurement rule. Kinematic coupling of carriage with reading head is manufactured in the form of three spherical elements made fast to carriage and installed in vertexes of equilateral triangle. Points of crossing of its medians is matched with gravity center of carriage. EFFECT: increased accuracy of measurements, high reproducibility of results, simplified design, small reversal. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отсчетных системах измерительных приборов, координатно-измерительных машин, прецизионных станков. The invention relates to measuring equipment and can be used in reading systems of measuring devices, coordinate measuring machines, precision machines.

Известно устройство для измерения линейных перемещений модели LS107 [1] содержащее корпус, закрепленную в нем измерительную линейку, отсчетную головку, установленную с возможностью перемещения вдоль измерительной линейки, каретку, контактирующую с рабочей поверхностью измерительной линейки посредством подшипниковых опор, и индикаторную линейку, установленную на каретке с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой. Каретка постоянно поджата к отсчетной головке через шарнирное соединение. При этом шарнирное соединение представляет собой консольно закрепленный в отсчетной головке упорный штырь и сопрягаемый с ним штырь, закрепленный в каретке. A device for measuring linear displacements of the LS107 model [1] is known, comprising a housing, a measuring ruler fixed therein, a reading head mounted to move along the measuring ruler, a carriage in contact with the working surface of the measuring ruler by means of bearing bearings, and an indicator ruler mounted on the carriage with the ability to interact with the measuring line. The carriage is constantly pressed to the reading head through a swivel joint. In this case, the swivel is a thrust pin cantileverly fixed in the reading head and a mating pin fixed to it in the carriage.

Это устройство характеризуется недостаточной жесткостью конструкции в направлении измерения, так как в шарнирном соединении упорный штырь головки выполнен консольным, а сопрягаемый с ним штырь каретки не имеет жесткой опорной поверхности. В условиях работы устройства при динамических знакопеременных нагрузках это приводит к нарушению постоянства взаимной координатной привязки опорной поверхности подвижной отсчетной головки и индикаторной линейки и, как следствие, к повышению погрешности измерений. This device is characterized by insufficient structural rigidity in the measuring direction, since in the hinged joint the thrust pin of the head is cantilevered, and the carriage pin mating with it does not have a rigid supporting surface. Under the conditions of operation of the device under dynamic alternating loads, this leads to a violation of the constancy of the mutual coordinate reference of the support surface of the moving reading head and the indicator ruler and, as a result, to an increase in the measurement error.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является устройство для измерения линейных перемещений модели LID-300 [2] содержащее корпус, закрепленную на нем измерительную линейку с базовыми поверхностями, установленную с возможностью перемещения вдоль линейки отсчетную головку, кинематически соединенную с отсчетной головкой каретку, контактирующую с базовыми поверхностями измерительной линейки посредством подшипниковых опор, и индикаторную линейку, установленную на каретке с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой. Поджатие каретки к главной базирующей плоскости измерительной линейки, т. е. к ее рабочей поверхности, осуществляется при помощи двух цилиндрических пружин. Каретка соединена с подвижной отсчетной головкой с помощью двух плоских пружин. Каретка постоянно поджата к отсчетной головке через шарнирное соединение, которое представляет собой попарное сопряжение сферических элементов со сдвинутыми осями, закрепленными соответственно на каретке и головке. The closest in technical essence and the achieved positive effect to the proposed one is a device for measuring linear displacements of the LID-300 model [2] comprising a housing, a measuring ruler with base surfaces fixed to it, and a read head mounted kinematically connected to the read head along the ruler a carriage in contact with the base surfaces of the measuring range by means of bearing bearings, and an indicator ruler mounted on the carriage with possible the ability to interact with the measuring line. Preloading the carriage to the main baseline plane of the measuring ruler, i.e. to its working surface, is carried out using two coil springs. The carriage is connected to the movable reading head using two flat springs. The carriage is constantly pressed to the reading head through a swivel, which is a pairwise pairing of spherical elements with shifted axes mounted respectively on the carriage and head.

Это устройство характеризуется недостаточной жесткостью конструкции подвески каретки в направлении измерения в связи с тем, что она выполнена в виде двух плоских пружин, которые фиксируют положение каретки с закрепленной на ней индикаторной линейкой и предохраняют ее от смещения относительно корпуса подвижной отсчетной головки. При наличии сил трения (покоя, движения), динамических знакопеременных нагрузок на каретку при движении, реверсе плоские пружины деформируются, что приводит к изменению взаимной привязки каретки и отсчетной головки, а следовательно, к снижению точности измерений. Расположение плоских пружин в разных плоскостях приводит к снижению сопротивляемости подвески с кареткой на скручивание и увеличению погрешности измерений. Выполнение шарнирного соединения в виде сопрягаемых попарно со сдвинутыми относительно друг друга осями сферических элементов, закрепленных соответственно на каретке и отсчетной головке, конструктивно сложно. This device is characterized by insufficient rigidity of the suspension structure of the carriage in the measurement direction due to the fact that it is made in the form of two flat springs that fix the position of the carriage with an indicator bar fixed on it and protect it from displacement relative to the housing of the movable reading head. In the presence of friction forces (rest, movement), dynamic alternating loads on the carriage during movement, reverse, the flat springs are deformed, which leads to a change in the mutual reference of the carriage and the reading head, and therefore, a decrease in the measurement accuracy. The location of the flat springs in different planes reduces the resistance of the suspension with the carriage to twist and increase the measurement error. Performing a swivel in the form of mating pairwise with axes of spherical elements shifted relative to each other, mounted respectively on the carriage and the reading head, is structurally difficult.

Для повышения точности измерений в устройстве для измерения линейных перемещений, содержащем корпус, закрепленную на нем измерительную линейку с базовыми поверхностями, установленную с возможностью перемещения вдоль линейки отсчетную головку, кинематически соединенную с отсчетной головкой каретку, контактирующую с базовыми поверхностями измерительной линейки посредством подшипниковых опор, и индикаторную линейку, установленную на каретке с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой, кинематическая связь каретки с отсчетной головкой выполнена в виде трех сферических элементов, жестко закрепленных на каретке и установленных в вершинах равностороннего треугольника, точка пересечения медиан которого совмещена с центром тяжести каретки, и жестко закрепленного одним концом на отсчетной головке упругого стержня с шаровым выступом на другом конце, предназначенным для взаимодействия со сферическими элементами. To increase the accuracy of measurements in a device for measuring linear displacements, comprising a housing, a measuring ruler fixed to it with base surfaces, a readout head mounted along the ruler, a carriage kinematically connected to the readout head, contacting the base surfaces of the measurement ruler with bearings, and indicator line mounted on the carriage with the ability to interact with the measuring ruler, the kinematic connection of the carriage with the count This head is made in the form of three spherical elements rigidly fixed to the carriage and installed at the vertices of an equilateral triangle, the intersection point of the medians of which is aligned with the center of gravity of the carriage, and rigidly fixed at one end on the read head of the elastic rod with a spherical protrusion at the other end, designed for interaction with spherical elements.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для измерения линейных перемещений, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows the proposed device for measuring linear displacements, cross section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 section BB in FIG. 2.

Устройство для измерения линейных перемещений содержит корпус 1, закрепленную на нем измерительную линейку 2, с базовыми поверхностями, установленную с возможностью перемещения вдоль линейки 2 отсчетную головку 3, кинематически соединенную с отсчетной головкой 3 каретку 4, контактирующую с базовыми поверхностями измерительной линейки 2 посредством подшипниковых опор 5, 6 и 7. На каретке 4 установлена с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой 2 индикаторная линейка 8. Кинематическая связь каретки 4 с отсчетной головкой 3 выполнена в виде трех сферических элементов 9, 10 и 11, жестко закрепленных на каретке 4, и установленных в вершинах равностороннего треугольника, точка пересечения медиан которого совмещена с центром тяжести каретки 4, и жестко закрепленного одним концом на отсчетной головке 3 упругого стержня с шаровым выступом 12 на другом конце, предназначенным для взаимодействия со сферическими элементами 9, 10 и 11. A device for measuring linear displacements comprises a housing 1, a measuring ruler 2 fixed to it, with base surfaces, mounted to move along the ruler 2 a reading head 3, kinematically connected to the reading head 3 of the carriage 4, in contact with the base surfaces of the measuring ruler 2 by means of bearing bearings 5, 6 and 7. On the carriage 4 is installed with the possibility of interaction with the measuring ruler 2 indicator line 8. The kinematic connection of the carriage 4 with the reading head 3 is made and in the form of three spherical elements 9, 10 and 11, rigidly fixed to the carriage 4, and installed at the vertices of an equilateral triangle, the intersection point of the medians of which is aligned with the center of gravity of the carriage 4, and an elastic rod with a ball protrusion rigidly fixed at one end to the read head 3 12 at the other end, designed to interact with spherical elements 9, 10 and 11.

В конкретном случае измерительная линейка 2 закреплена в корпусе 1 с помощью прижимного резинового жгута и имеет две направляющие плоскости, к которым каретка 4 постоянно поджата с тарированным усилием. In a specific case, the measuring ruler 2 is fixed in the housing 1 by means of a clamping rubber band and has two guide planes to which the carriage 4 is constantly pressed with a calibrated force.

В случае фотоэлектрического устройства для измерения линейных перемещений в корпусе подвижной головки 3 со стороны индикаторной линейки 8 установлен излучатель, а со стороны измерительной линейки 2 фотодиоды (не показаны). В устройстве предусмотрена система обработки и выдачи информации об измерении, например, такая же как в устройстве-прототипе. In the case of a photoelectric device for measuring linear displacements, a radiator is installed in the housing of the movable head 3 from the side of the indicator line 8, and photodiodes (not shown) from the side of the measuring line 2. The device provides a system for processing and issuing measurement information, for example, the same as in the prototype device.

В случае применения предлагаемого устройства для измерения линейных перемещений в измерительных системах станков с ЧПУ или цифровой индикацией корпус 1 устройства с измерительной линейкой 2 жестко крепится на станок, например на станину. Подвижная отсчетная головка 3 жестко крепится на подвижный орган станка или наоборот. In the case of using the proposed device for measuring linear displacements in the measuring systems of CNC machines or digital displays, the housing 1 of the device with a measuring ruler 2 is rigidly mounted on the machine, for example on a bed. The movable reading head 3 is rigidly attached to the movable organ of the machine or vice versa.

Подвижная отсчетная головка 3 выполнена, например, из стали алюминиевого сплава Д16. Корпус каретки 4 выполнен также из сплава, например, марки Д16. Опорные сферические элементы 9, 10 и 11 и шаровой выступ 12 изготовлены из стали и имеют чисто обработанные рабочие поверхности. The movable reading head 3 is made, for example, of steel of aluminum alloy D16. The housing of the carriage 4 is also made of an alloy, for example, grade D16. The supporting spherical elements 9, 10 and 11 and the ball protrusion 12 are made of steel and have clean machined working surfaces.

Устройство для измерения линейных перемещений работает следующим образом. A device for measuring linear displacements works as follows.

При перемещении измерительного подвижного органа станка, на котором жестко закреплена подвижная отсчетная головка 3, движение передается каретке 4, установленной в головке 3, а вместе с ней и индикаторной линейке 8, которая перемещается относительно измерительной линейки 2 по ее направляющим плоскостям при помощи подшипниковых опор 5, 6 и 7. При освещении измерительной и индикаторной линеек излучателем (не показан) образуется модуляционная картина комбинационных полос, пропорциональных 1/4 периода измерительной линейки, которая воспринимается фотодиодами (не показаны). Световая энергия, проходящая через образующиеся комбинационные полосы, преобразуется фотодиодами в сигналы напряжения. Сигналы с фотодиодов поступают в предусилитель и далее по кабелю в электронное устройство (не показаны) для преобразования, счета и индикации величины перемещения. When moving the measuring movable body of the machine, on which the movable reading head 3 is rigidly fixed, the movement is transmitted to the carriage 4 installed in the head 3, and with it the indicator line 8, which moves relative to the measuring line 2 along its guide planes using bearing bearings 5 , 6 and 7. When the measuring and indicator lines are illuminated by a radiator (not shown), a modulation pattern of combination bands is formed, proportional to 1/4 of the period of the measuring line, which is perceived photodiodes (not shown). The light energy passing through the resulting combination bands is converted by photodiodes into voltage signals. The signals from the photodiodes enter the preamplifier and then cable to an electronic device (not shown) to convert, count and indicate the amount of movement.

При этом при работе устройства могут изменятся нагрузки на каретку 4 за счет различных сил трения. При движении головки упругий стержень 13 постоянно поджимает сферический выступ 12 к сферическим элементам 9, 10 и 11, обеспечивая тем самым постоянство взаимного положения головки 3 относительно каретки 4 в направлении движения. In this case, when the device is operated, loads on the carriage 4 can change due to various friction forces. When the head moves, the elastic rod 13 constantly compresses the spherical protrusion 12 against the spherical elements 9, 10 and 11, thereby ensuring a constant relative position of the head 3 relative to the carriage 4 in the direction of movement.

Таким образом, по сравнению с устройством-прототипом предлагаемое устройство для измерения линейных перемещений позволяет повысить точность измерений, получить высокую воспроизводимость результатов. Устройство обладает малым реверсом и просто по конструкции. Thus, in comparison with the prototype device, the proposed device for measuring linear displacements can improve the accuracy of measurements, to obtain high reproducibility of the results. The device has a small reverse and is simple in design.

Claims

DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS, comprising a housing, a measuring ruler fixed to it with base surfaces, a readout head mounted movably along the ruler, a carriage kinematically connected to the readout head by contacting the base surfaces of the measurement ruler with bearings, and an indicator ruler mounted on carriage with the ability to interact with a measuring ruler, characterized in that the kinematic connection of the carriage with the reading head made in the form of three spherical elements rigidly fixed on the carriage and installed at the vertices of an equilateral triangle, the median intersection point of which is aligned with the center of gravity of the carriage, and rigidly fixed at one end on the read head of an elastic rod with a spherical protrusion at the other end, designed to interact with spherical elements.