RU2326344C2

RU2326344C2 - Gage head

Info

Publication number: RU2326344C2
Application number: RU2005109457/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Казимирович Куткин (RU); Олег Казимирович Куткин
Original assignee: Ижевский государственный технический университет
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2008-06-10
Also published as: RU2005109457A

Abstract

FIELD: measurement technique.

SUBSTANCE: gage head comprises 1) the housing in which the pneumatic valve is positioned; the said valve separates the housing central hole into two chambers located above and under the valve - valve pot and subvalvular chamber; 2) the backed double-arm lever connected with the valve and 3) displacement transducer based on the aerostatic bearing with a limit stop designed as pneumatic cylinder interworking with throttle ejector gaging nozzle. The latter consists of feeding, delivery and outlet channels where feeding channel is connected with ejector and valve pot, outlet channels is connected with pneumatic throttle and subvalvular chamber is connected with air.

EFFECT: increasing of measurements reliability, namely exclusion of signal-shape distortion.

1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для координатных измерений на многооперационных станках типа обрабатывающий центр.The invention relates to measuring equipment and can be used for coordinate measurements on multioperational machines such as a processing center.

Измерительные головки, применяемые на многооперационных станках для координатных измерений, широко известны, например [1]. Измерительная головка содержит корпус, двуплечий рычаг с опорой на корпус, выполненный в виде сферического аэростатического подшипника, щупом на одном конце и преобразователем перемещения на другом и расположенные симметрично относительно рычага аэростатические направляющие. Однако данная измерительная головка позволяет осуществлять измерения лишь по одной из координат, а это существенный недостаток при координатных измерениях на многооперационных станках.The measuring heads used on multioperational machines for coordinate measurements are widely known, for example [1]. The measuring head comprises a housing, a two-armed lever resting on the housing, made in the form of a spherical aerostatic bearing, a probe at one end and a displacement transducer at the other and aerostatic guides located symmetrically relative to the lever. However, this measuring head allows measurements to be made only on one of the coordinates, and this is a significant drawback in coordinate measurements on multioperational machines.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой измерительной головке является выбранная в качестве прототипа измерительная головка [2], содержащая корпус, установленный в нем пневматический клапан, разделяющий внутреннюю полость корпуса на две камеры, и соединенный с клапаном двуплечий рычаг с опорой, надклапанную камеру, предназначенную для соединения с источником сжатого воздуха, и преобразователь перемещений.Closest to the technical nature of the claimed measuring head is the selected as a prototype measuring head [2], comprising a housing, a pneumatic valve installed therein, dividing the internal cavity of the housing into two chambers, and a two-arm lever with a support connected to the valve, an over-valve chamber designed for connection to a source of compressed air, and a displacement transducer.

К недостаткам данной измерительной головки можно отнести следующие. Во-первых, установка измерительного рычага на жесткой упругой мембране, соединенной с корпусом, вызывает непостоянство усилия при измерении в различных направлениях в плоскости, перпендикулярной оси. Жесткое защемление мембраны в процессе измерения может привести к ее деформации или поломке. Во-вторых, настройка установленного фильтра на строго определенную частоту, соответствующую состоянию готовности или срабатывания измерительной головки, связано с определенными затратами, а так как приемник должен воспринимать два сигнала, первый - о готовности, второй - о касании, то конструкция фильтра усложняется, а вероятность выработки постороннего сигнала частот готовности или касания существует, что может привести к ложным срабатываниям и поломке измерительной головки. В-третьих, использование сжатого воздуха, подводимого к многооперационным станкам для обдува инструментального конуса, может привести к загрязнению рабочих полостей пневмоакустического генератора и изменению вырабатываемых частот, так как в данном случае к сжатому воздуху предъявляются низкие требования по чистоте и влажности. Для подготовки воздуха требуемого качества необходимы дополнительные устройства, что влечет за собой дополнительные затраты.The disadvantages of this measuring head include the following. Firstly, the installation of the measuring arm on a rigid elastic membrane connected to the housing causes an inconsistency in the force when measuring in different directions in a plane perpendicular to the axis. Rigid pinching of the membrane during the measurement process can lead to deformation or breakage. Secondly, tuning the installed filter to a strictly defined frequency corresponding to the state of readiness or response of the measuring head is associated with certain costs, and since the receiver must receive two signals, the first about readiness, the second about touch, the filter design is complicated, and There is a possibility that an extraneous signal of the readiness or touch frequencies will be generated, which can lead to false alarms and damage to the measuring head. Thirdly, the use of compressed air supplied to multioperational machines for blowing the tool cone can lead to contamination of the working cavities of the pneumoacoustic generator and a change in the generated frequencies, since in this case low demands are made on compressed air for cleanliness and humidity. To prepare the air of the required quality, additional devices are necessary, which entails additional costs.

Техническая задача - исключение искажения формы сигнала.The technical problem is the elimination of distortion of the waveform.

Технический результат достигается тем, что в измерительной головке, содержащей корпус, установленный в нем пневматический клапан, разделяющий внутреннюю полость корпуса на две камеры - надклапанную и подклапанную, соединенный с клапаном двуплечий рычаг с опорой и преобразователь перемещений, согласно изобретению опора выполнена в виде аэростатического подшипника с пневмоупором в виде пневмоцилиндра, взаимодействующего с дроссельно-эжекторным измерительным соплом, состоящим из питающего, напорного и выходного каналов, при этом питающий канал соединен с эжектором и надклапанной камерой, выходной канал соединен с пневмодросселем, а подклапанная камера - с атмосферой.The technical result is achieved in that in a measuring head containing a housing, a pneumatic valve installed therein, dividing the internal cavity of the housing into two chambers - a supravalve and a subvalve, a two-arm lever with a support connected to the valve and a displacement transducer, according to the invention the support is made in the form of an aerostatic bearing with a pneumatic seal in the form of a pneumatic cylinder interacting with a throttle-ejector measuring nozzle, consisting of a supply, pressure and output channels, while s channel is connected to the ejector and supravalvular chamber outlet port is connected to Unidirectional and subvalvular chamber - with the atmosphere.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение измерительной головки.The invention is illustrated by the drawing, which shows a cross section of the measuring head.

Измерительная головка содержит корпус 1, двуплечий рычаг 2, установленный на аэростатической опоре 3 в корпусе 1, измерительный наконечник 4. Пневматический клапан 5, расположенный в корпусе 1, разделяет внутреннюю полость корпуса 1 на надклапанную 6 и подклапанную 7 камеры. Кроме того, головка содержит пневмоупор 8, выполненный в виде пневмоцилиндра, и дроссельно-эжекторное измерительное сопло, состоящее из питающего 9, напорного 10 и выходного 11 каналов, пневмодроссель 12, соединенный с выходным каналом 11, канал 13, соединяющий пневмоупор 8 с надклапанной камерой 6, выходной дроссель 14.The measuring head comprises a housing 1, a two-arm lever 2 mounted on an aerostatic support 3 in the housing 1, a measuring tip 4. A pneumatic valve 5 located in the housing 1 divides the internal cavity of the housing 1 into a valve 6 and a valve 7 of the chamber. In addition, the head contains a pneumatic seal 8, made in the form of a pneumatic cylinder, and a throttle-ejector measuring nozzle, consisting of a supply 9, a pressure 10 and an output 11 channels, a pneumatic throttle 12 connected to the output channel 11, a channel 13 connecting the pneumatic seal 8 with nadklapanny chamber 6, output choke 14.

Измерительная головка работает следующим образом.The measuring head operates as follows.

В начале цикла измерения измерительная головка, находящаяся в инструментальном магазине многооперационного станка в определенном для средств измерения гнезде, по специальной команде устанавливается в шпиндель и осуществляется ее зажим. Подача сжатого воздуха через шпиндель для обдува конуса инструментальной оправки в момент зажима прекращается. Затем по специальной макропрограмме, занесенной в систему ЧПУ многооперационного станка, воздух вновь подается через внутреннюю полость шпинделя к измерительной головке. Сжатый воздух поступает через питающий 9 и напорный 10 каналы к пневмоупору 8, через выходной канал 11 к пневмодросселю 12, а через канал 13 в надклапанную камеру 6 к пневматическому клапану 5 и аэростатической опоре 3. В положении, показанном на чертеже, двуплечий рычаг 2, перекрывая все три пневматических клапана 5, препятствует движению сжатого воздуха в подклапанную камеру 7. Сжатый воздух, испытывая сопротивление истечению в выходном дросселе 14, свободно истекает через сопло пневмодросселя 12, создавая на его выходе избыточное давление, которое несколько ниже давления питания. Наличие данного давления свидетельствует о том, что измерительная головка готова к работе, касание поверхности не произошло. Давление, появившееся на выходе пневмодросселя 12, может быть преобразовано в сигнал любого вида (электрический, гидравлический, пневматический) в зависимости от системы управления многооперационного станка. Уровень создаваемого шума измерительной головки значительно ниже уровня шума многооперационного станка. Измерительная головка по специальной измерительной макропрограмме, занесенной в систему ЧПУ многооперационного станка, доставляется механизмами станка к измеряемой детали. В момент касания наконечника 4 контролируемой поверхности по одному из направлений ±Х; ±Y; ±Z происходит смещение двуплечего рычага 2 относительно корпуса 1, приводящее к размыканию одного из трех пневматических клапанов 5. Сжатый воздух беспрепятственно поступает из надклапанной 6 в подклапанную 7 камеру и, испытывая сопротивление истечению в выходном дросселе 14, истекает в атмосферу. В выходном канале 11 дроссельно-эжекторного измерительного сопла создается отрицательное давление (ниже атмосферного), которое, поступая в пневмодроссель 12 и далее в систему ЧПУ многооперационного станка, является сигналом о касании измерительным наконечником 4 контролируемой поверхности. Механизмы многооперационного станка останавливаются и по датчикам обратной связи осуществляется отсчет перемещений и сравнение их с заданным по специальной макропрограмме, занесенной в систему ЧПУ многооперационного станка.At the beginning of the measurement cycle, the measuring head located in the tool magazine of the multi-operational machine in the socket defined for the measuring instruments is installed on the spindle by a special command and clamped. The supply of compressed air through the spindle for blowing the cone of the tool holder at the time of clamping stops. Then, according to a special macro program recorded in the CNC system of a multi-operation machine, air is again supplied through the internal spindle cavity to the measuring head. Compressed air enters through the supply 9 and pressure 10 channels to the pneumatic support 8, through the output channel 11 to the pneumatic throttle 12, and through the channel 13 to the over-valve chamber 6 to the pneumatic valve 5 and the aerostatic support 3. In the position shown in the drawing, the two-arm lever 2, blocking all three pneumatic valves 5, prevents the movement of compressed air into the subvalve chamber 7. Compressed air, experiencing resistance to flow in the output throttle 14, freely flows through the nozzle of the pneumatic throttle 12, creating an overpressure at its outlet, which somewhat lower than the supply pressure. The presence of this pressure indicates that the measuring head is ready for operation, the surface did not touch. The pressure that appears at the output of the pneumatic throttle 12 can be converted into a signal of any kind (electric, hydraulic, pneumatic) depending on the control system of the multi-operation machine. The noise level of the measuring head is significantly lower than the noise level of a multi-operation machine. According to a special measuring macro program recorded in the CNC system of a multi-operational machine, the measuring head is delivered by the machine mechanisms to the measured part. At the moment of touching the tip 4 of the controlled surface in one of the directions ± X; ± Y; ± Z, the two shoulders of the lever 2 are displaced relative to the housing 1, leading to the opening of one of the three pneumatic valves 5. Compressed air flows unhindered from the supravalve 6 into the subvalve 7 chamber and, experiencing flow resistance in the outlet throttle 14, expires into the atmosphere. A negative pressure (below atmospheric pressure) is created in the output channel 11 of the throttle-ejector measuring nozzle, which, when it enters the pneumatic throttle 12 and then into the CNC system of the multi-operation machine, is a signal that the measuring tip 4 touches a controlled surface. The mechanisms of the multioperational machine are stopped and the feedback sensors carry out the counting of movements and compare them with the specified macro program entered in the CNC system of the multioperational machine.

Параметры аэростатической опоры 3, пневматического клапана 5, пневмоупора 8 и выходного дросселя 14 выбираются из оптимальных условий надежной работы измерительной головки.The parameters of the aerostatic support 3, pneumatic valve 5, pneumatic seal 8 and output throttle 14 are selected from the optimal conditions for reliable operation of the measuring head.

Использование предлагаемой измерительной головки, предназначенной для координатных измерений на многооперационном станке, по сравнению с прототипом позволит за счет аэростатической опоры, пневмоупора и пневмоклапанов, соединенных с дроссельно-эжекторным измерительным соплом, повысить надежность измерения.Using the proposed measuring head, designed for coordinate measurements on a multi-operational machine, in comparison with the prototype, due to the aerostatic support, pneumatic support and pneumatic valves connected to the throttle-ejector measuring nozzle, to increase the reliability of measurement.

Таким образом, исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая измерительная головка легко реализуется на практике и соответствует критерию "промышленная применимость".Thus, based on the foregoing, we can conclude that the inventive measuring head is easily implemented in practice and meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

A measuring head comprising a housing, a pneumatic valve installed therein, dividing the internal cavity of the housing into two chambers - an over-valve and a sub-valve, a two-arm lever with a support connected to the valve and a displacement transducer, characterized in that the support is made in the form of an aerostatic bearing with a pneumatic support in the form of a pneumatic cylinder interacting with a throttle-ejector measuring nozzle, consisting of a feed, pressure and output channels, while the feed channel is connected to the ejector and supravalve camera, the output channel is connected to the pneumatic throttle, and the subvalve chamber with the atmosphere.