ВИБРОКОНТАКТНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для измерения внутренних и наружных диаметров цилиндрических токопроводящих деталей.
Известно виброконтактное измерительное устройство (см. А.С. СССР №446742, G01B 7/12, 25.10.74), содержащий корпус, измерительный наконечник, выполненный в виде измерительных рычагов, содержащих оси качания и упруго связанных с корпусом, вибратор и узел измерения амплитуды колебаний наконечника.
Недостатком данного устройства является то, что при измерении диаметра детали на выходе магнитоэлектрического датчика формируется синусоидальный электрический сигнал постоянной частоты, амплитудное значение которого определяется с погрешностью отсчетного устройства и с погрешностью вторичного преобразователя, что определяет общую погрешность измерения, тем самым снижая его точность.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является виброконтактное измерительное устройство (см. А.С. СССР №947627, G01B 7/00 G01B 7/28, 15.09.1980), содержащее корпус, вибратор с измерительным наконечником, выполненный в виде двух рамок, охватывающих электромагнит возбуждения колебаний и связанных с корпусом упругими подвесками, причем одна из рамок жестко связана с измерительным наконечником, а вторая - с узлом измерений амплитуды колебаний вибратора, состоящим из катушки индуктивности и постоянного магнита.
Недостатком данного устройства является то, что при измерении размера детали на выходе узла измерения колебаний формируется синусоидальный электрический сигнал постоянной частоты, амплитудное значение которого в силу погрешности датчика определяется вблизи максимума сигнала, что вносит существенную погрешность измерения, тем самым снижая его точность.
Таким образом, в известных устройствах диаметр измеряется по амплитуде колебаний вибратора.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание предлагаемого устройства, впервые позволяющего измерять диаметр цилиндрических токопроводящих деталей по изменяемой в зависимости от измеряемого диаметра частоте автоколебаний, создаваемых вибратором.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении полезной модели, является повышение точности измерения диаметров цилиндрических токопроводящих деталей.
Указанный технический результат достигается тем, что виброконтактное измерительное устройство содержит корпус, вибратор с измерительным наконечником, электромагнит возбуждения колебаний, упругую подвеску и узел измерения параметров колебаний вибратора, выполненного в виде счетного триггера, общий провод которого соединен с измеряемой деталью, электронных ключей прямого и обратного хода якоря электромагнита возбуждения колебаний, выполненного в виде закрепленного в корпусе постоянного кольцевого магнита, внутри которого расположена с возможностью перемещения обмотка якоря, связанного с корпусом упругой подвеской, и импульсных усилителей, причем прямой выход счетного триггера соединен с входом ключа прямого хода и через импульсный усилитель с началом обмотки якоря, а инверсный выход счетного триггера соединен с входом ключа обратного хода, через импульсный усилитель с концом обмотки якоря, с закрепленным на нем диэлектрическим штоком, на котором установлен, перпендикулярно его оси измерительный наконечник, выполненный токопроводящим и соединенный с входом счетного триггера, инверсный выход которого подключен к узлу измерения параметров колебаний вибратора, выполненного в виде цифрового частотомера.
Введение в устройство счетного триггера, общий провод которого соединен с измеряемой деталью, обеспечивает формирование на одном из его выходов, например, прямом, единичного сигнала, который поступает на вход ключа прямого хода якоря электромагнита возбуждения колебаний, при этом конец обмотки коммутируется с общим проводом, и через импульсный усилитель на начало обмотки якоря электромагнита возбуждения колебаний. Сигнал, поступая на обмотку якоря электромагнита возбуждения колебаний, находящегося в поле постоянного магнита, приводит якорь в движение в прямом направлении под действием силы Ампера, что приводит в движение в прямом направлении, закрепленный на якоре диэлектрический шток и установленный на нем наконечник до касания с одной из поверхностей измеряемой детали. Касание поверхности токопроводящей измеряемой детали, подключенной к общему проводу счетного триггера, переключает его состояние на противоположное, в результате чего на прямом выходе формируется ноль, что размыкает ключ прямого хода, одновременно, на инверсном выходе триггера формируется сигнал, который поступает на вход ключа обратного хода, при этом начало обмотки коммутируется с общим проводом, и через импульсный усилитель на конец обмотки якоря электромагнита возбуждения колебаний. Сигнал, поступая на обмотку якоря электромагнита возбуждения колебаний, находящегося в поле постоянного магнита, приводит его в движение в обратном направлении под действием силы Ампера, что приводит в движение в обратном направлении закрепленный на якоре диэлектрический шток и установленный на нем наконечник до касания противоположной поверхности измеряемой детали, что переключает триггер в противоположное состояние, далее цикл повторяется, тем самым создаются автоколебания, ограниченные диаметром измеряемой детали. С уменьшением диаметра детали при постоянной скорости движения штока электромагнита возбуждения колебаний уменьшается время его перемещения, тем самым повышается частота переключений триггера, а, следовательно, частота возникающих при этом автоколебаний вибратора. С увеличением диаметра детали при постоянной скорости движения штока электромагнита возбуждения колебаний увеличивается время его перемещения, тем самым уменьшается частота переключений триггера, а, следовательно, частота возникающих при этом автоколебаний вибратора, которая измеряется цифровым частотомером, соединенным с инверсным выходом счетного триггера, причем измерение переменной величины частоты автоколебаний вибратора позволяет измерять величину измеряемого диаметра детали, пропорциональную частоте автоколебаний вибратора, с высокой точностью. Например, при измерении диаметра отверстия, равного 4 мм, наконечником, имеющим диаметр 3 мм, с частотой колебаний вибратора 10 Гц, погрешность измерения составит 0,01 мкм.
i
i+1
i
На фиг. 1 представлена принципиальная схема виброконтактного измерительного устройства. На фиг. 2 - временные диаграммы работы виброконтактного измерительного устройства при измерении диаметра отверстия D: а - сигналы на входе счетного триггера; 6 - сигналы на выходе счетного триггер; в - график периодической функции колебательного движения вибратора с наконечником. На фиг. 3 - То же при измерении диаметра отверстия D<D. На фиг. 4 - принципиальная схема наконечника для измерения внутренних диаметров токопроводящих деталей. На фиг. 5 - То же для измерения наружных диаметров токопроводящих деталей.
Устройство содержит (фиг. 1) корпус 1, вибратор 2 с измерительным наконечником 3, электромагнит возбуждения колебаний 4, упругую подвеску 5 и узел измерения параметров колебаний 6 вибратора, выполненного в виде счетного триггера 7, общий провод которого соединен с измеряемой деталью 8, электронных ключей прямого 9 и обратного хода 10 якоря электромагнита возбуждения колебаний, выполненного в виде закрепленного в корпусе постоянного кольцевого магнита 11, внутри которого расположена с возможностью перемещения обмотка 12 якоря 13, связанного с корпусом упругой подвеской, и импульсных усилителей 14, 15, причем прямой выход счетного триггера соединен с входом ключа прямого хода 9 и через импульсный усилитель 14 с началом обмотки 12 якоря 13, а инверсный выход счетного триггера соединен с входом ключа обратного хода 10, через импульсный усилитель 15 с концом обмотки 12 якоря 13, с закрепленным на нем диэлектрическим штоком 16, на котором установлен, перпендикулярно его оси измерительный наконечник 3, выполненный токопроводящим и соединенный с входом счетного триггера 7, инверсный выход которого подключен к узлу измерения параметров колебаний 6 вибратора, выполненного в виде цифрового частотомера.
n
Для измерения диаметра детали 8, соединенной с общим проводом триггера 7, в нужном сечении корпус 1 с электромагнитом возбуждения колебаний 4 с измерительным наконечником 3 перемещается вдоль оси измеряемого отверстия, при этом вибратор 2 выполнен в виде триггера 7, общий провод которого соединен с измеряемой деталью 8, электронных ключей прямого 9 и обратного хода 10 якоря электромагнита возбуждения колебаний, при этом на вход триггера 7 подается напряжение U, обеспечивает формирование на одном из его выходов, например, прямом, единичного сигнала, который поступает на вход ключа прямого хода 9 якоря электромагнита возбуждения колебаний 4, при этом конец обмотки 12 коммутируется с общим проводом, и через импульсный усилитель 14 на начало обмотки 12 якоря 13 электромагнита возбуждения колебаний. Сигнал, поступая на обмотку 12 якоря 13 электромагнита возбуждения колебаний 4, находящегося в поле постоянного магнита 11, приводит якорь 13 в движение в прямом направлении под действием силы Ампера, что приводит в движение в прямом направлении, закрепленный на якоре диэлектрический шток 16 и установленный на нем наконечник 3 до касания с одной из поверхностей измеряемой детали 8. Касание поверхности токопроводящей измеряемой детали, подключенной к общему проводу счетного триггера 7, переключает его состояние на противоположное, в результате чего на прямом выходе формируется ноль, что размыкает ключ прямого хода 9, одновременно, на инверсном выходе триггера 7 формируется сигнал, который поступает на вход ключа обратного хода 10, при этом начало обмотки коммутируется с общим проводом, и через импульсный усилитель 15 на конец обмотки 12 якоря 13 электромагнита возбуждения колебаний 4. Сигнал, поступая на обмотку 12 якоря 13 электромагнита возбуждения колебаний, находящегося в поле постоянного магнита 11, приводит его в движение в обратном направлении под действием силы Ампера, что приводит в движение в обратном направлении закрепленный на якоре 13 диэлектрический шток 16 и установленный на нем наконечник 3 до касания противоположной поверхности измеряемой детали 8, что переключает триггер 7 в противоположное состояние, далее цикл повторяется, тем самым создаются автоколебания, ограниченные диаметром измеряемой детали 8. Узел измерения параметров колебаний, выполненный в виде цифрового частотомера 6, соединенного с инверсным выходом счетного триггера 7, служит для измерения переменной величины частоты автоколебаний вибратора 2, что позволит измерять величину измеряемого диаметра детали 8, пропорциональную частоте автоколебаний вибратора 2.
Устройство работает следующим образом.
i
n
Для измерения диаметра D отверстия детали в нужном сечении наконечник 3 (фиг. 4) вводится в измеряемое отверстие детали 8, подключенной к общему проводу счетного триггера 7, на вход которого подается напряжение U, что обеспечивает формирование на одном из его выходов, например, прямом, единичного сигнала (фиг. 2, б), который поступает на вход ключа прямого хода 9 якоря электромагнита возбуждения колебаний 4, при этом конец обмотки 12 коммутируется с общим проводом, и через импульсный усилитель 14 на начало обмотки 12 якоря 13 электромагнита возбуждения колебаний. Сигнал, поступая на обмотку 12 якоря 13 электромагнита возбуждения колебаний 4, находящегося в поле постоянного магнита 11, приводит якорь 13 в движение в прямом направлении под действием силы Ампера, что приводит в движение в прямом направлении закрепленный на якоре диэлектрический шток 16 и установленный на нем наконечник 3 (фиг. 2, в) до касания с одной из поверхностей измеряемой детали 8. Касание поверхности токопроводящей измеряемой детали, подключенной к общему проводу счетного триггера 7, переключает его состояние на противоположное (фиг. 2, а), в результате чего на прямом выходе формируется ноль, что размыкает ключ прямого хода 9, одновременно, на инверсном выходе триггера 7 формируется сигнал (фиг. 2, б), который поступает на вход ключа обратного хода 10, при этом начало обмотки коммутируется с общим проводом, и через импульсный усилитель 15 на конец обмотки 12 якоря 13 электромагнита возбуждения колебаний 4. Сигнал, поступая на обмотку 12 якоря 13 электромагнита возбуждения колебаний, находящегося в поле постоянного магнита 11, приводит его в движение в обратном направлении под действием силы Ампера, что приводит в движение в обратном направлении закрепленный на якоре 13 диэлектрический шток 16 и установленный на нем наконечник 3 (фиг. 2, в) до касания противоположной поверхности измеряемой детали 8, что переключает триггер 7 в противоположное состояние, далее цикл повторяется, тем самым создаются автоколебания (фиг. 2), ограниченные диаметром измеряемой детали 8. С уменьшением диаметра детали 8 при постоянной скорости движения штока 16 электромагнита возбуждения колебаний 4 уменьшается время его перемещения, тем самым повышается частота переключений триггера 7, а, следовательно, частота возникающих при этом автоколебаний вибратора (фиг. 3). С увеличением диаметра детали 8 при постоянной скорости движения штока 16 электромагнита возбуждения колебаний 4 увеличивается время его перемещения, тем самым уменьшается частота переключений триггера 7, а, следовательно, частота возникающих при этом автоколебаний вибратора (фиг. 2), которая измеряется цифровым частотомером 6, соединенным с инверсным выходом счетного триггера 7, причем измерение переменной величины частоты автоколебаний вибратора позволяет измерять величину контролируемого диаметра детали, пропорциональную частоте автоколебаний вибратора, с высокой точностью. Для измерения наружного диаметра используется раздвоенный шариковый наконечник, изображенный на фиг. 5, который расположен в плоскости измеряемого сечения.
Заявляемая полезная модель позволит повысить точность измерения диаметра цилиндрических токопроводящих изделий.