SU1796865A1

SU1796865A1 - Three-coordinate measuring head

Info

Publication number: SU1796865A1
Application number: SU904857280A
Authority: SU
Inventors: Aleksej V Fedotov
Original assignee: Omskij Polt Inst
Priority date: 1990-08-07
Filing date: 1990-08-07
Publication date: 1993-02-23

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения координат базовых точек инструмента, приспособлений или деталей на станках с ЧПУ, а также в координатных из- 5 мерительных машинах.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the coordinates of the base points of the tool, fixtures or parts on CNC machines, as well as in coordinate measuring machines.

Известны измерительные головки, позволяющие получить измерительные сигналы, пропорциональные величине отклонения измерительного наконечника от 1Q номинального положения по нескольким координатам. Такие головки содержат корпус, связанные между собой и с корпусом с возможностью относительного перемещения координатные измерительные каретки, 15 снабженные измерительными преобразователями перемещения и узлами создания измерительного усилия. Одна из кареток несет измерительный наконечник, воспринимающий перемещения контролируемой 20 •поверхности.Known measuring heads, allowing to obtain measuring signals proportional to the deviation of the measuring tip from the 1Q nominal position in several coordinates. Such heads contain a housing connected to each other and to the housing with the possibility of relative movement of coordinate measuring carriages, 15 equipped with displacement transducers and units for generating a measuring force. One of the carriages carries a measuring tip that senses the movements of the monitored surface 20 •.

Основным недостатком известных измерительных головок отклонения являема сложность узлов создания измерительного усилия, что не позволяет использовать их на 25 станках с ЧПУ.The main disadvantage of the known deflection measuring heads is the complexity of the units for generating the measuring force, which does not allow their use on 25 CNC machines.

Известна также трехкоординатная измерительная головка, содержащая корпус, связанные между собой и с корпусом с возможностью относительного перемещения 30 координатные каретки, одна из которых несет измерительный наконечник, настроечные узлы для установки кареток головки в нулевую геометрическую точку, каждый из которых включает встроенный в соответст- 35 вующую каретку измерительный преобразователь перемещения каретки, прецизионный механизм с электроприводом для создания измерительного усилия и стопорения кареток, в соответствующую ка- 40 ретку и выполненный в виде цилиндрических пружин, установленных соосно в направлении перемещения каретки и скрепленных противоположными концами с кареткой, а общими концами между собой и 45 через управляемую муфту- с валом электропривода. электропривод выполнен шаговым и связан с кулачком, воздействующим на пружину, причем профиль кулачка имеет участок, выполненный по дуге постоянного 50 радиуса.There is also known a three-coordinate measuring head containing a body connected to each other and to the body with the possibility of relative movement of 30 coordinate carriages, one of which carries a measuring tip, tuning units for setting the head carriages to a zero geometric point, each of which includes a built-in corresponding 35 a carriage moving measuring transducer, a precision mechanism with an electric drive for creating a measuring force and locking carriages, into a corresponding carriage and made in the form of cylindrical springs installed coaxially in the direction of carriage movement and fastened by opposite ends to the carriage, and by common ends between themselves and 45 through a controlled coupling with an electric drive shaft. the electric drive is made with a step and is connected to the cam acting on the spring, and the cam profile has a section made along an arc of constant 50 radius.

Недостатком известной трехкоординатной измерительной головки является сложность ее конструкции, обусловленная сложностью механизма создания измери- 55 тельного усилия и стопорения кареток и необходимостью внешнего управления этим механизмом в процессе измерений, что ограничивает возможности использования головки. Так, такую головку невозможно использовать для измерений на станке с ЧПУ, например, в случае контроля положения базовых точек инструмента или детали.The disadvantage of the known three-dimensional measuring head is the complexity of its design, due to the complexity of the mechanism for creating a measuring force and locking the carriages and the need for external control of this mechanism during measurements, which limits the possibilities of using the head. So, such a head cannot be used for measurements on a CNC machine, for example, in the case of monitoring the position of the base points of a tool or workpiece.

Целью изобретения является упроще5 ние измерительной головки отклонения путем совмещения в одном узле функции стопорения в нулевой геометрической точке и создания измерительного усилия, причем устройство этого узла исключает необходимо мость внешнего управления реверсом измерительного усилия и стопорением.The aim of the invention is to simplify the deflection measuring head by combining in one unit the locking function at the zero geometric point and creating a measuring force, and the device of this unit excludes the necessary external control of the measuring force reverse and locking.

Поставленная цель достигается тем, что в трехкоординатной измерительной головке, содержащей корпус, связанные между 15 собой и с корпусом с возможностью относительного перемещения координатные ка. ретки, встроенные в соответствующие каретки преобразователи линейных перемещений, стопоры по числу кареток, каж20 дый из которых выполнен в виде призмы и рычага с упором на одном конце, предназначенным для взаимодействия с призмой, и механизмы создания измерительного усилия соответствующих кареток, причем приз25 _мы размещены на соответствующих каретках, вторые концы рычагов шарнирно _: закреплены на корпусе, а каждый механизм создания измерительного усилия выполнен в виде размещенной вдоль оси призмы пру30 жины, один конец которой предназначен для взаимодействия с.подвижным элементом преобразователя линейных перемеще-, ний, а другой - для поджатия упоров. . соответствующего рычага к соответствую35 щей призме.This goal is achieved by the fact that in a three-coordinate measuring head containing a housing, coordinate spacers are connected with each other and with the housing with the possibility of relative movement. rails built into the corresponding carriages, linear displacement transducers, stoppers according to the number of carriages, each of which is made in the form of a prism and a lever with a stop at one end intended for interaction with the prism, and mechanisms for generating the measuring force of the corresponding carriages, and the prisms _are placed on corresponding carriages, the second ends of the levers are hinged _: fixed on the body, and each mechanism for generating the measuring force is made in the form of a spring located along the axis of the prism, one end of which is intended to interact with the movable element of the linear displacement transducer, and the other is for compression stops. ... the corresponding lever to the corresponding prism.

На фиг. 1 изображена схема трехкоординатной измерительной головки; на фиг.2 .конструкция координатной каретки головки.FIG. 1 shows a diagram of a three-dimensional measuring head; figure 2. the design of the coordinate carriage of the head.

Трехкоординатная измерительная головка содержит координатные каретки 1,2 и 3, которые соединяются между собой таким образом, чтобы измерительное перемещение каждой из них было бы пёрпёндикуляр45 ным измерительным перемещением двух других кареток. При этом координатная каретка 1 снабжается измерительным наконечником 4 и воспринимает отклонение наконечника вдоль оси X, каретка 2 измеря50 ет перемещения наконечника 4 вместе с кареткой Т вдоль оси Υ и каретка 3 воспринимает перемещения измерительного наконечника 4 вместе с каретками 1 и 2 вдоль оси Ζ. Каретки 1 и 2 крепятся к каретке 55 3 с помощью промежуточного угольника 5, а вся измерительная головка может быть закреплена на измерительной позиции с помощью планки 6. Пружина 7 служит для компенсации силы веса измерительных головок 1,2.The three-dimensional measuring head contains coordinate carriages 1, 2 and 3, which are interconnected in such a way that the measuring movement of each of them would be the perpendicular measuring movement of the other two carriages. In this case, the coordinate carriage 1 is equipped with a measuring tip 4 and perceives the deflection of the tip along the X axis, the carriage 2 measures the movements of the tip 4 together with the carriage T along the axis, and the carriage 3 perceives the movements of the measuring tip 4 together with the carriages 1 and 2 along the axis. The carriages 1 and 2 are attached to the carriage 55 3 by means of an intermediate square 5, and the entire measuring head can be fixed to the measuring position using a bar 6. The spring 7 serves to compensate for the weight force of the measuring heads 1, 2.

Координатная каретка имеет неподвижную планку 8, к которой с помощью плоских пружин 9 прикреплена подвижная планка 10, что дает возможность перемещения планки 10 относительно планки 8. Кроме этого на планке 8 закреплен преобразователь линейных перемещений планки 10, который может быть выполнен, например, в виде корпуса 11 с помещенной в нем дифференциальной катушкой индуктивности 12, внутри которой перемещается сердечник 13, состоящий из ферромагнитных и неферромагнитных участков и с помощью стоек 14 скрепленный с подвижной планкой ίο.The coordinate carriage has a fixed bar 8, to which a movable bar 10 is attached with the help of flat springs 9, which makes it possible to move the bar 10 relative to the bar 8. In addition, a linear displacement transducer of the bar 10 is fixed on the bar 8, which can be made, for example, in the form housing 11 with a differential inductor 12 placed in it, inside which the core 13 moves, consisting of ferromagnetic and non-ferromagnetic sections and with the help of racks 14 fastened to the movable bar ίο.

Для создания измерительного усилия и фиксации подвижной планки 10 в нулевой геометрической точке с планкой 8 соединен стопор, снабженный точными направляющими для перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения планки 10, который может быть выполнен, например, в виде рычага 15, прикрепленного к планке 8 с помощью пружинного шарнира и несущего цилиндрической или сферический упор 16, прижимаемый измерительной пружиной 17 к рабочим поверхностям призмы 18, в свою очередь, жестко соединенной с подвижной планкой 10.To create a measuring force and fix the movable bar 10 at the zero geometric point, a stopper is connected to the bar 8, provided with precise guides for movement in a direction perpendicular to the direction of movement of the bar 10, which can be made, for example, in the form of a lever 15 attached to the bar 8 with by means of a spring hinge and a bearing cylindrical or spherical stop 16, pressed by the measuring spring 17 to the working surfaces of the prism 18, which in turn is rigidly connected to the movable bar 10.

При отсутствии усилия, действующего на планку 10, измерительная пружина 17. прижимает упор 16 к призме 18 и обеспечивает фиксацию планки 10 в нулевой геометрической точке. При этом путем настроечного перемещения сердечника 13 в осевом направлении относительно стоек 14 устанавливается нуль измерительного сигнала преобразователя линейных перемещений. При смещении планки 10 из нулевой геометрической точки упор 16, взаимодействуя с рабочей поверхностью призмы 18, создает измерительное усилие, стремящееся вернуть планку 10 в нулевую точку. При этом измеряемые отклонения планки 10 возможны в обе стороны от нулевой геометрической точки, т.е. реверс измерительного усилия осуществляется автоматически. Рабочие поверхности призмы 18 могут быть выполнены по криволинейному профилю, например, для обеспечения постоянной величины измерительного усилия координатной каретки.In the absence of a force acting on the bar 10, the measuring spring 17. presses the stop 16 against the prism 18 and secures the bar 10 at the zero geometric point. In this case, by adjusting the movement of the core 13 in the axial direction relative to the struts 14, the measuring signal of the linear displacement transducer is set to zero. When the bar 10 is displaced from the geometric zero point, the stop 16, interacting with the working surface of the prism 18, creates a measuring force that tends to return the bar 10 to the zero point. In this case, the measured deviations of the bar 10 are possible in both directions from the geometric zero point, i.e. the measuring force is reversed automatically. The working surfaces of the prism 18 can be made along a curved profile, for example, to ensure a constant value of the measuring force of the coordinate carriage.

Описанная головка не требует внешнего управления реверсом измерительного усилия и стопорением, как это необходимо в известных измерительных головках отклонения. При этом она воспринимает перемещения измерительного наконечника в любом направлении по каждой из координатных осей, что позволяет использовать головку не только в составе координатных измерительных машин, но и на станках с ЧПУ для контроля, например, обрабатывающего инструмента. Поскольку такая головка не требует внешнего управления, то она может быть применена на станке с любой системой ЧПУ.The described head does not require external control of the measuring force reversal and stopping, as is necessary in the known deflection measuring heads. At the same time, it perceives the movement of the measuring tip in any direction along each of the coordinate axes, which makes it possible to use the head not only as part of coordinate measuring machines, but also on CNC machines to control, for example, a processing tool. Since such a head does not require external control, it can be used on a machine tool with any CNC system.

Конструкция механизма создания измерительного усилия головки в отличие от известной головки обеспечивает осевую растягивающую нагрузку на плоские пружины подвески, что уменьшает их продольную и поперечную деформацию и тем самым ведет к повышению точности головки.The design of the mechanism for generating the measuring force of the head, in contrast to the known head, provides an axial tensile load on the flat suspension springs, which reduces their longitudinal and transverse deformation and thereby leads to an increase in the accuracy of the head.

Поскольку из состава координатной каретки исключен электропривод, то общая масса подвижных частей в предлагаемой конструкции измерительной головки уменьшается. что улучшает динамические характеристики процесса измерения.Since the electric drive is excluded from the coordinate carriage, the total mass of the moving parts in the proposed design of the measuring head is reduced. which improves the dynamic characteristics of the measurement process.

Использование изобретения позволяет упростить конструкцию измерительной головки без снижения ее метрологических характеристик и расширить возможности ее применения, например, путем использования на станках с ЧПУ для контроля инструмента, приспособления или детали.The use of the invention makes it possible to simplify the design of the measuring head without reducing its metrological characteristics and to expand the possibilities of its application, for example, by using it on CNC machines to control a tool, fixture or part.

Claims

Claim of the invention A three-coordinate measuring head containing a housing, connected to each other and to the housing with the possibility of relative movement, coordinate carriages, linear displacement transducers built into the corresponding carriages, stoppers according to the number of carriages, each of which is made in the form of a prism and 55 levers with an emphasis at one end intended for interaction with the prism, and mechanisms for creating the measuring force of the corresponding carriages, characterized in that, in order to simplify the design, the prisms are placed on the corresponding carriages, the second ends of the levers are hinged to the body, and each mechanism for creating the measuring force is made in the form of a spring located along the axis of the prism, one end of which is intended for interaction with the movable element of the linear displacement transducer. and the other is for pressing the stop of the corresponding lever against the corresponding prism.