Устройство для измерения геометрических параметров цилиндрических изделий

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля, а именно к измерению геометрических параметров цилиндрических изделий с помощью оптических датчиков и может быть использована для измерения внутреннего диаметра и овальности концов труб.
Известен измеритель внутреннего диаметра (патент РФ №49225, G01B 21/14, опубл. 10.11.2005), который предназначен для измерения внутренних диаметров и определения овальности труб. Измеритель содержит барабан в виде стакана с опорой, расположенной на глухом конце стакана. Внутри барабана установлен с возможностью телескопического перемещения стебель с опорой. На барабане установлен стопор, выполненный в виде винта. Барабан снабжен сквозным продольным пазом, вдоль которого размещена шкала. Стебель выполнен в виде стакана с установленной внутри пружиной сжатия, на стебле выполнен указатель. Опоры барабана и стебля выполнены в виде двух пар роликов, оси вращения которых перпендикулярны оси симметрии измерителя внутреннего диаметра.
Недостатками известного измерителя внутреннего диаметра являются трудоемкость подготовки инструмента к измерению и перенастройки инструмента при измерении диаметров различных размеров.
Известны комплексы измерительные ИДП фирмы НПП «ПРИЗМА», предназначенные для бесконтактных измерений внутренних диаметров труб (ссылка: http://prizmasensors.ru/izmeritelnyj-kompleks-idp-izmerenie-vnutrennih-diametrov/2/obj/3/). Устройство содержит блок измерителей диаметра, блок центраторов, блок привода, блок управления и обработки результатов и лазерный излучатель. В представленном устройстве измерительные головки расположены внутри трубы и перемещаются с помощью роликов блока центратора. Диапазон измерения диаметров труб при помощи одной измерительной головки составляет 17 мм, при этом для каждой измерительной головки необходимо иметь дополнительные настроечные комплекты.
Недостатком устройства является ограниченность при использовании ввиду небольшого диапазона измерения диаметров при помощи одной измерительной головки, что приводит к необходимости иметь большое количество измерительных головок для разного сортамента труб, а также дополнительное оборудование для настройки каждой измерительной головки.
Известно ручное устройство для измерения внутреннего диаметра труб компании РИФТЭК (ссылка: https://riftek.com/media/documents/IDmeasurement/RIFTEK_Inner_Diameter_Measurement_Presentation_rus.pdf, с. 30). Устройство для измерения внутреннего диаметра труб содержит измерительный модуль, выполненный с датчиками и связанный соосно с механизмом вращения. Корпус снабжен опорными рычагами для центрирования устройства и выполнен с держателем, имеющим элемент управления. Устройство со стороны измерительного модуля вводят внутрь трубы, приводят измерительный модуль во вращение и при помощи датчиков осуществляют измерение геометрических параметров.
Недостатком устройства является ограниченность его использования при контроле геометрических параметров разных типоразмеров труб, ввиду выполнения опорных рычагов неподвижными и предназначенными для контроля одного типоразмера труб. Для проведения измерений других типоразмеров труб необходимо иметь комплект рычагов для каждого типоразмера. В условиях производства с широким диапазоном типоразмеров труб это приводит к повышению трудоемкости проведения измерений и существенному увеличению стоимости измерительного комплекта.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является создание унифицированной и надежной конструкции устройства для проведения измерений геометрических параметров широкого диапазона типоразмеров цилиндрических изделий и труб с наименьшими затратами.
Технический результат заключается в снижении трудоемкости процесса измерения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для измерения геометрических параметров цилиндрических изделий, содержащем измерительный модуль, выполненный по меньшей мере с одним датчиком и механизмом вращения, связанный соосно с корпусом, в пазах которого размещены опорные рычаги, и закрепленным на корпусе держателем с элементом управления, согласно полезной модели, устройство снабжено механизмом центрирования, установленным в корпусе и содержащим обойму со сквозными пазами, шток, расположенный соосно внутри обоймы с возможностью продольного перемещения, приводную рукоятку, соединенную со штоком, и опорные рычаги, шарнирно установленные в сквозных пазах обоймы и закрепленные на штоке с возможностью поперечного перемещения относительно продольной оси обоймы. Кроме того, измерительный модуль выполнен с возможностью замены датчика, держатель выполнен из двух симметричных разъемных частей с размещенными внутри элементами управления и передачи данных и снабжен дисплеем.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично показано предпочтительное выполнение устройства для измерения геометрических параметров цилиндрических изделий, на фиг. 2 изображен механизм центрирования, на фиг. 3 - пример использования устройства.
Устройство для измерения геометрических параметров цилиндрических изделий содержит измерительный модуль 1, установленный в корпусе 2 сменный механизм центрирования, выполненный с опорными рычагами 3, крышку корпуса 4, приводную рукоятку 5, держатель 6, выполненный, в частности с дисплеем 7 и элементом управления (кнопкой) 8. Механизм центрирования состоит из обоймы 9, в которой соосно расположен шток 10, опорные рычаги 3 шарнирно установлены в сквозных пазах 11 обоймы 9 и закреплены на штоке 10 с возможностью поперечного перемещения относительно продольной оси обоймы 9. Механизм центрирования выполнен сменным для проведения измерений контролируемых изделий и труб различных типоразмеров при помощи одного устройства, при этом корпус 2 выполнен с продольными пазами, в которых при установке механизма центрирования расположены опорные рычаги 3, и механизм центрирования расположен соосно с измерительным модулем.
В измерительном модуле расположен по меньшей мере один оптический датчик и механизм вращения измерительного модуля. При этом измерительный модуль может быть выполнен с возможностью замены датчика под разные диапазоны измерения.
Выполнение механизма центрирования в виде обоймы с соосно расположенным внутри штоком, установленным с возможностью перемещения вдоль оси, а также соединенным с приводной рукояткой, и установленными шарнирно в сквозных пазах обоймы и закрепленными на штоке опорными рычагами, обеспечивает возможность поперечного перемещения опорных рычагов относительно продольной оси обоймы при помощи приводной рукоятки, расширяет диапазон типоразмеров контролируемых цилиндрических изделий и труб без замены механизма центрирования, обеспечивает унификацию конструкции устройства и снижение трудоемкости при измерении геометрических параметров изделий (внутреннего диаметра и овальности).
Приводная рукоятка, соединенная со штоком, позволяет легко сдвигать и раздвигать опорные рычаги механизма центрирования, обеспечивая быстрое позиционирование и фиксацию измерительного модуля в широком диапазоне размеров контролируемых цилиндрических изделий. При этом происходит снижение трудоемкости при проведении измерений.
Выполнение измерительного модуля с возможностью замены оптического датчика, например с быстросъемным соединением для замены датчика, позволяет быстро устанавливать датчики с необходимым диапазоном для проведения измерений контролируемых параметров с использованием соответствующего механизма центрирования.
Держатель может быть выполнен, например, из двух симметричных разъемных частей с размещенными внутри элементами управления и передачи данных на вычислительный блок, а также снабжен дисплеем, что позволяет считывать результаты измерения.
Применение предлагаемой полезной модели позволяет быстро и без замены механизма центрирования проводить измерение внутренних диаметров и овальности широкого диапазона типоразмеров контролируемых цилиндрических изделий и труб, обеспечивает снижение трудоемкости при измерениях.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Для проведения измерений геометрических параметров конкретного типоразмера контролируемых цилиндрических изделий устройство оснащается механизмом центрирования, а измерительный модуль - по меньшей мере одним оптическим датчиком, которые соответствуют диапазону размеров контролируемой партии цилиндрических изделий.
Перед введением устройства в цилиндрическое изделие опорные рычаги 3 с помощью приводной рукоятки 5 сводят в поперечном направлении относительно продольной оси обоймы 9 механизма центрирования. После этого устройство вводят в контролируемое изделие таким образом, чтобы измерительный модуль 1 размещался в полости изделия. Вращением приводной рукоятки 5 опорные рычаги 3 разводят до обеспечения устойчивого позиционирования рычагов на торце изделия.
При нажатии на кнопку управления 8 на держателе 6 загорается дисплей 7. При повторном нажатии на кнопку управления измерительный модуль 1 с помощью механизма вращения выполняет один оборот, при этом при помощи оптического датчика, расположенного в измерительном модуле 1, происходит замер геометрических параметров цилиндрического изделия, в частности конца трубы. Результаты измерения: средний внутренний диаметр и овальность контролируемого изделия отражаются на дисплее 7 в цифровом виде. Кроме того, результаты измерения по средствам беспроводной связи могут быть переданы на персональный компьютер. Затем с помощью приводной рукоятки 5 опорные рычаги 3 сдвигают в поперечном направлении относительно оси обоймы 9 и устройство извлекают из измеряемого изделия.
При проведении измерений внутренних диаметров и овальности изделий других типоразмеров с помощью одного устройства осуществляют замену оптического датчика в измерительном модуле и устанавливают другой механизм центрирования, что расширяет диапазон типоразмеров контролируемых цилиндрических изделий и труб и снижает трудоемкость процесса измерения. Кроме того, измерительный модуль может быть выполнен, например с двумя датчиками, с использованием второго - для проведения измерений в другом размерном диапазоне изделий, что позволит при проведении измерений устанавливать только другой механизм центрирования.
Предлагаемая полезная модель была опробована при проведении измерений требуемых параметров труб (внутреннего диаметра и овальности), например, трех типоразмеров с внутренними диаметрами 110-160 мм, 160-200 мм, 200-230 мм, для чего было выполнено три сменных комплекта механизмов центрирования.
Для проведения измерений параметров труб, например с внутренними диаметрами 110-160 мм, предлагаемое устройство было оснащено, в частности одним оптическим датчиком и соответствующим механизмом центрирования, выполненным, в частности с тремя опорными рычагами с возможностью их разведения до достижения максимальной величины 160 мм.
Для проведения измерений параметров труб с внутренними диаметрами в диапазонах, например 160-200 мм и 200-230 мм, в измерительном модуле устройства были установлены требуемые оптические датчики и в корпусе - соответствующие механизмы центрирования с возможностью разведения, в частности трех опорных рычагов до достижения максимальной величины 200 и 230 мм, соответственно. Приводная рукоятка, соединенная со штоком, позволяет легко сдвигать и раздвигать опорные рычаги механизма центрирования, обеспечивая быстрое позиционирование и фиксацию измерительного модуля, для всего диапазона размеров контролируемых труб. На дисплее оперативно выводятся результаты измерения.
Таким образом, при помощи каждого механизма центрирования был проведен контроль требуемых геометрических параметров труб в определенном диапазоне типоразмеров, что позволило унифицировать комплект оборудования, снизить затраты и трудоемкость процесса измерения.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает унификацию устройства при проведении измерений геометрических параметров широкого диапазона типоразмеров цилиндрических изделий и труб и снижение трудоемкости процесса измерения.