Автоматизированный измеритель выходных характеристик спиральных пружин
AUTOMATED METER OF OUTPUT CHARACTERISTICS OF HELICAL SPRINGS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использована для автоматизированного определения величины момента, создаваемого плоской спиральной пружиной или торсионом с неограниченным углом закрутки, плоской пружиной, работающей на изгиб или кручение, селективного подбора близких по характеристикам пружин с заданной точностью, контроля качества этапов технологического процесса их изготовления.
Известно устройство контроля крутящих моментов спиральных пружин (авт.св. СССР №1081446, G01L 3/10, опубл. 23.03.1984, бюл. №11), содержащее основание, гнездо, закручивающий шпиндель с жестко закрепленным на нем контрольным рычагом, датчик и электромеханический привод, связанный с закручивающим шпинделем.
Известно устройство для измерения момента спиральных пружин (авт.св. СССР №777504, G01L 3/10, опубл. 07.11.1980, бюл. №41), которое содержит подвижную часть, установленную в корпусе с помощью растяжек, датчик углового положения подвижной части, усилитель, моментный датчик в виде постоянного магнита, закрепленного на подвижной части, и неподвижных катушек и компенсатор жесткости растяжек.
Известен полуавтомат для проверки крутящих моментов спиральных пружин (авт.св. СССР №433367, G01L 3/10, опубл. 25.06.1974, бюл. №23), который содержит гильзу, свободно посаженную на закручивающий шпиндель, несущий на себе поводок с собачкой, сцепляющейся с храповым колесом шпинделя, и двумя упорными кулачками, определяющими поочередно величину углового спуска проверяемой пружины, механически взаимодействующими с жесткими откидными упорами, два электромагнитных датчика, два грузовых рычага.
Известен стенд контроля выходных характеристик спиральных пружин (авт.св. СССР №1732196, G01L 3/10, опубл. 07.05.1992, бюл. №17), который содержит датчик угла, счетчик импульсов, блок управления, привод, компаратор, интегратор, аналого-запоминающий блок, блок управления током, аналого-цифровой преобразователь, дешифратор, мультиплексор, блок запуска, блок задержки, привод, источник света, фотоприемник, диск с отверстием датчик угла, опоры, электромагнитную рамку, входной вал, выходной вал, регистратор.
К недостаткам этих устройств следует отнести наличие погрешностей механизмов задания и отсчета моментов закручивания пружин за счет трения между подвижными элементами конструкции, сложность измерения параметров пружин и торсионов с малым моментом и углом закручивания более одного оборота, отсутствие автоматизированного сбора по точкам информации в заданном диапазоне рабочего угла пружин, обработки информации о качестве пружин и отбора пружин регистратором с близкими характеристиками, что важно для измерительных приборов.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению, взятым за прототип, является автоматизированный стенд контроля выходных характеристик спиральных пружин (патент на изобретение №2526553, опубл. 27.08.2014, бюл. №24), который содержит выходной вал стенда, соединенный с зажимом внутреннего конца испытуемой пружины, зажим наружного конца испытуемой пружины, связанный с входным валом стенда, соединенным через редуктор с электродвигателем, который подключен к выходу блока управления приводом, блок реверсирования, дешифратор конца измерения, аналого-цифровой преобразователь, регистратор, аналого-запоминающий блок, блок управления током, счетчик импульсов, вход которого связан с выходом датчика угла, а информационный выход с дешифратором конца измерения, компаратор, вход которого подключен к фотоприемнику, связанному с источником света через зеркало оптической системы, интегратор, выход которого связан с входом аналого-запоминающего блока, выход которого соединен с входом блока управления током, информационный выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, информационный выход которого соединен с входом регистратора, а запускающий выход с запускающим входом регистратора, регулировочное устройство, коромысло, подвижный балансировочный груз, тяговая обмотка электромагнита, подключенная к управляющим выходам блока управления током, сердечник электромагнита, установленный на первом плече коромысла, которое жестко закреплено на выходном валу стенда, а на втором плече коромысла установлено зеркало оптической системы и подвижный балансировочный груз, механически соединенный с регулировочным устройством, ключ, выход которого подключен к входу интегратора, блок запуска измерения, узел сцепления, который связывает входной вал датчика угла с входным валом стенда, а его управляющий вход подсоединен к управляющему входу ключа, первому входу первого элемента И, выход которого через блок реверсирования подключен к выходу блока управления приводом и электродвигателю, и выходу блока управления сцеплением, первый вход которого соединен с первым выходом блока запуска измерения, а второй вход связан с установочными входами счетчика импульсов, аналого-запоминающего блока, интегратора и выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого подсоединен к второму выходу блока запуска измерения, третий выход которого связан с первым входом блока управления приводом, а второй вход первого элемента ИЛИ подключен к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом элемента НЕ, второй вход связан с выходом регистратора и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с вторым входом блока управления приводом, а второй вход подключен к выходу дешифратора конца измерения, входу элемента НЕ и первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подсоединен к тактовому выходу счетчика импульсов, а выход соединен с третьим входом блока управлении приводом и первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к запускающему входу аналого-цифрового преобразователя, а второй вход подключен к выходу компаратора, к второму входу первого элемента И, входу ключа и запускающему входу аналого-запоминающего блока, причем входные валы датчика угла и узла сцепления, входной вал стенда и выходной вал стенда расположены на опорах и соосно.
К недостаткам прототипа следует отнести его низкую эффективность: невысокую производительность сервопривода, сложность схемы задания пошагового угла закручивания пружины в процессе контроля, недостаточные динамические характеристики процесса контроля, сложность схемы управления процессом контроля и обработки результатов.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности работы стенда: увеличение производительности путем улучшения динамических характеристик процесса контроля, упрощения схемы задания пошагового угла закручивания пружины в процессе контроля за счет ввода шагового двигателя и модуля управления шаговым двигателем и упрощения схемы управления процессом контроля и обработки результатов за счет ввода модуля управления процессом контроля.
Технический результат достигается тем, что в автоматизированном измерителе выходных характеристик спиральных пружин, содержащем аналого-цифровой преобразователь, информационный выход которого соединен с входом регистратора, а запускающий выход с запускающим входом регистратора, компаратор, вход которого подключен к фотоприемнику, а выход подключен к управляющему входу аналого-запоминающего блока и входу ключа, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого связан с входом аналого-запоминающего блока, выход которого соединен с входом блока управления током, информационный выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, а выходы управления током соединены с входами измерительного блока, который включает в себя зажим внутреннего конца испытуемой пружины, зажим наружного конца испытуемой пружины, входной вал, выходной вал, связанный с коромыслом, на конце плеча которого установлен сердечник электромагнита, тяговую обмотку электромагнита, подвижный балансировочный груз, фотоприемник, связанный с источником света через зеркало оптической системы, новым является то, что в него введены шаговый двигатель, выходной вал которого соединен с входным валом измерительного блока, который установлен на опоре, модуль управления шаговым двигателем, модуль управления процессом контроля, входная шина которого соединена с выходной шиной регистратора, выход которого подключен к первому входу модуля управления процессом контроля, второй вход связан с выходом компаратора, а первый выход подключен к управляющему входу ключа, второй выход подключен к установочному входу интегратора, третий выход соединен с установочным входом аналого-запоминающего блока, четвертый выход подключен к запускающему входу аналого-цифрового преобразователя, а выходная шина связана с входной шиной модуля управления шаговым двигателем, выходная шина которого соединена с входной шиной шагового двигателя.
В автоматизированном измерителе выходных характеристик спиральных пружин в качестве источника света используется точечный лазер.
В автоматизированном измерителе выходных характеристик спиральных пружин в качестве фотоприемника используется фоторезистор.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где изображена структурно-функциональная схема автоматизированного измерителя выходных характеристики спиральной пружины.
Здесь:
1 - выходной вал;
2 - зажим внутреннего конца пружины;
3 - испытуемая пружина;
4 - зажим наружного конца пружины;
5 - входной вал;
6 - коромысло;
7 - балансировочный груз;
8 - аналого-цифровой преобразователь;
9 - регистратор;
10 - аналого-запоминающий блок;
11 - блок управления током;
12 - компаратор;
13 - фотоприемник;
14 - источник света;
15 - зеркало;
16 - ключ;
17 - интегратор;
18 - модуль управления процессом контроля;
19 - модуль управления шаговым двигателем;
20 - шаговый двигатель;
21 - выходной вал шагового двигателя;
22 - сердечник электромагнита;
23 - тяговая обмотка электромагнита;
24 - регулировочное устройство;
25 - опора.
Автоматизированный измеритель выходных характеристик спиральных пружин содержит аналого-цифровой преобразователь 8, информационный выход которого соединен с входом регистратора 9, а запускающий выход с запускающим входом регистратора 9, компаратор 12, вход которого подключен к фотоприемнику 13, а выход подключен к управляющему входу аналого-запоминающего блока 10 и входу ключа 16, выход которого соединен с входом интегратора 17, выход которого связан с входом аналого-запоминающего блока 10, выход которого соединен с входом блока управления током 11, информационный выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 8, а выходы блока управления током 11 соединены с входами измерительного блока, который включает в себя зажим 2 внутреннего конца испытуемой пружины 3, зажим 4 наружного конца испытуемой пружины 3, входной вал 5, выходной вал 1, связанный с коромыслом 6, на конце плеча которого установлен сердечник 22 электромагнита, тяговую обмотку 23 электромагнита, подвижный балансировочный груз 7, фотоприемник 13, связанный с источником 14 света через зеркало 15 оптической системы, шаговый двигатель 20, выходной вал 21 которого соединен с входным валом 5 измерительного блока, который установлен на опоре 25, модуль 19 управления шаговым двигателем 20, модуль 18 управления процессом контроля, входная шина которого соединена с выходной шиной регистратора 9, выход которого подключен к первому входу модуля 18 управления процессом контроля, второй вход связан с выходом компаратора 12, а первый выход подключен к управляющему входу ключа 16, второй выход подключен к установочному входу интегратора 17, третий выход соединен с установочным входом аналого-запоминающего блока 10, четвертый выход подключен к запускающему входу аналого-цифрового преобразователя 8, а выходная шина связана с входной шиной модуля 19 управления шаговым двигателем, выходная шина которого соединена с входной шиной шагового двигателя 20.
В автоматизированном измерителе выходных характеристик спиральных пружин в качестве источника света 14 используется точечный лазер.
В автоматизированном измерителе выходных характеристик спиральных пружин в качестве фотоприемника 13 используется фоторезистор.
Автоматизированный измеритель выходных характеристик спиральных пружин работает следующим образом. До установки испытуемой пружины 3 в зажимы 2 и 4 регулировочным устройством 24 передвигают балансировочный груз 7 по плечу коромысла 6, ориентируясь на срабатывание компаратора 12 по его индикации об уравновешивании коромысла 6 при засветке оптического приемника 13. Далее устанавливают испытуемую пружину 3 в зажимы 2 и 4 внутреннего и наружного концов пружины.
После этого в регистратор 9 вводят номер, диапазон измерения, количество контролируемых точек характеристики испытуемой пружины 3. Далее включают процесс контроля по команде оператора и на выходе регистратора 9, через первый вход модуля 18 управления процессом контроля, появляется сигнал, который последовательно во времени формирует сигналы: через второй и третий выходы сброс выходного сигнала интегратора 17 и аналого-запоминающего блока 10 в нулевое значение, а через первый выход модуль 18 управления процессом контроля открывает ключ 16 для прохождения сигнала от компаратора 12 к интегратору 17, затем поворачивает шаговый двигатель 20 до первой точки контроля характеристики серией импульсов, соответствующей повороту на заданный угол, что создает соответствующий измеряемый момент, который передается через испытуемую пружину 3 к коромыслу 6, которое отклоняется от равновесия и срабатывает компаратор 12, а через ключ 16, интегратор 17 и аналого-запоминающий блок 10 создает плавно нарастающий ток в тяговой обмотке электромагнита 23 для компенсации созданного момента. В момент уравновешивания коромысла 6 срабатывает в исходное нулевое положение компаратор 12, фиксируя механический баланс коромысла 6 в результате засветки источником света 14 через зеркало 15 фотоприемника 13, включает аналого-запоминающий блок 10 и через второй вход модуля 18 управления процессом контроля запускает с четвертого выхода аналого-цифровой преобразователь 8 для фиксации цифровой информации о значении созданного момента по току компенсации в тяговой обмотке 23 электромагнита, которая через информационный выход аналого-цифрового преобразователя 8 по импульсу конца измерения заносится в регистратор 9, в котором после запоминания через первый вход модуля 18 управления процессом контроля запускает по заложенной программе в регистраторе 9 процесс контроля следующей точки измерения характеристики испытуемой пружины 3. Этот периодический процесс продолжается до окончания заданного диапазона измерения, т.е. количества точек измерения. В процессе контроля можно, например, индицировать программно на экране регистратора 9 заданные параметры контроля выходных характеристик испытуемой пружины 3 в виде графика и т.д.
Далее по программе регистратора 9 через блок 18 управления процессом контроля последовательно закрывается ключ 16, обнуляется информация интегратора 17 и аналого-запоминающего блока 10, включается непрерывное реверсирование шагового двигателя 20 в нулевую исходную точку начала процесса контроля, которая фиксируется срабатыванием компаратора 12 при засветке источником 14 света через зеркало 15 фотоприемника 13. После этого снимают испытуемую пружину 3 из измерительного блока.
По результатам набора в регистраторе 9 информации о необходимой выборке испытуемых пружин 3 включается программа регистратора на обработку и отбор парных испытанных пружин 3 с заданной точностью подбора.
Все блоки и модули в измерителе реализуются на известных аналоговых и цифровых интегральных микросхемах и электромеханических элементах.
Таким образом, заявляемый автоматизированный измеритель выходных характеристик спиральных пружин позволяет повысить эффективность работы измерителя увеличением производительности, которая достигается улучшением динамических характеристик процесса контроля. Данный результат достигается упрощением схемы задания пошагового угла закручивания пружины в процессе контроля за счет исключения из схемы управления процессом контроля ряда блоков, связанных с заданием угла закручивания испытуемой пружины и реверсирования закрутки в исходное положение, путем ввода шагового двигателя и модуля управления шаговым двигателем, а также упрощением схемы управления процессом контроля и обработки результатов контроля за счет ввода модуля управления процессом контроля.