УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СФЕРИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ С ШАРОВИДНОЙ ФОРМОЙ
DEVICE FOR CONTROL OF SPHERICITY OF PRODUCTS WITH SPHERO-SHAPED

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях для контроля изделий с шаровидной формой, в частности, в спорте для контроля формы и сбалансированности теннисных мячей, мячей для гольфа, бильярдных шаров и др.
Устройство позволяет определять отклонение формы используемых объектов с шаровидной формой от идеальных сфер и оценивать степень этого отклонения с целью отбора качественных изделий для использования в игровых видах спорта.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности при определении отклонения поверхности мячей и шаров от идеальной сферы, что позволяет производить отбор качественных изделий, соответствующих действующим требованиям.
Известно устройство для контроля шаров (патент РФ №2019784, МПК G01B 5/22, опублик. 15/09/1994), содержащее станину и расположенные на ней с возможностью вращения вокруг своих осей две опоры, первая из которых выполнена в виде планшайбы с внутренней поверхностью усеченного конуса, первая опора установлена внутри второй опоры, выполненной в виде кольца с канавкой на внутренней поверхности, образованной пересечением двух соосных усеченных конусов, а опоры установлены под углом 45°<α<75° одна к другой.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для контроля шаров (патент РФ №2075724, МПК G01B 5/22, опублик. 20.03.19971994), содержащее корпус с базовой плоскостью основания, установленные на корпусе с возможностью поворота относительно своих осей две опоры, первая из которых выполнена с внутренней поверхностью, предназначенной для взаимодействия с контролируемым шаром, выполненной в виде двух жестко соединенных основаниями соосных усеченных конусов с осью, параллельной базовой плоскости основания, при этом в первой опоре выполнены загрузочное и разгрузочное отверстия, а вторая опора установлена внутри первой и выполнена с наружной поверхностью в виде двух жестко соединенных основаниями соосных усеченных конусов, один из которых переходит в тороидальную поверхность, с осью, перпендикулярной оси первой опоры, расположенной в плоскости соединенных оснований конусов параллельно базовой плоскости основания.
Недостатком известных устройств является сложность конструкции, обусловленная большим количеством механических узлов и деталей, а также недостаточная точность измерений.
Технический результат, заключающийся в упрощении устройства и повышении точности контроля сферичности формы и весовой сбалансированности изделия, достигается в предлагаемом устройстве для контроля сферичности изделий с шаровидной формой, содержащей планшайбу, механически связанную с электроприводом, датчики и блок управления, подключенный к электроприводу, при этом в планшайбе выполнено конусовидное углубление для установки в нем изделия с шаровидной формой, тем, что оно содержит световые излучатели с фокусирующими элементами, датчики выполнены в виде фотоприемников, при этом указанные излучатели оптически связаны с фотоприемниками с образованием двух оптоэлектронных пар, оси которых расположены в горизонтальной плоскости, проходящей через центр изделия с шаровидной формой, причем оптические оси оптоэлектронных пар в исходном состоянии устройства проходят касательно диаметрально противоположным точкам сферической поверхности изделия.
Вместе с тем, указанный технический результат достигается также тем, что блок управления содержит последовательно соединенные сумматор, выпрямитель напряжения, аналого-цифровой преобразователь, программируемый микропроцессор и усилитель управляющих сигналов, выходы которого подключены к управляющим входам электропривода и световых излучателей, причем входы сумматора соединены с выходами фотоприемников.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где6
на фиг.1 представлена функциональная схема устройства;
на фиг.2 приведен вид на устройство сверху, поясняющий взаимное расположение изделия с шаровидной формой и оптоэлектронных пар;
на фиг.3 показаны различные положения изделия на планшайбе:
а) в исходном состоянии;
b) и с) - при вращении планшайбы с изделием, у которого имеется смещение центра массы относительно геометрического центра изделия.
- на фиг.4 приведена функциональная схема блока управления.
Устройство (фиг.1, 2) содержит планшайбу 1, механически связанную с электроприводом 2 и блок 3 управления, подключенный к электроприводу,
В планшайбе 1 выполнено конусовидное углубление 4 для установки в нем изделия 5 с шаровидной формой.
Устройство содержит также датчики, выполненные в виде фотоприемников 6 и световые излучатели 7 с фокусирующими элементами 8. Излучатели 7 оптически связаны с фотоприемниками 6 с образованием двух оптоэлектронных пар, оси которых расположены в горизонтальной плоскости 9, проходящей через центр изделия 5 с шаровидной формой, причем оптические оси оптоэлектронных пар в исходном состоянии устройства проходят касательно диаметрально противоположным точкам 10 и 11 сферической поверхности изделия 5.
В качестве излучателей 7 используются маломощные лазеры с диаметром 5 мм светового пятна 12 (фиг 1, 3).
На фиг.3b), с) обозначен локальный участок 13 изделия с деформацией, вызывающий отклонение формы от идеальной сферической поверхности, или неоднородное включение, обуславливающее смещение центра масс изделия относительно геометрического центра сферы.
Блок 3 управления содержит емкостные элементы 14 и последовательно соединенные сумматор 15, выпрямитель 16 напряжения, аналого-цифровой преобразователь 17, программируемый микропроцессор 18 и узел сопряжения 19, выходы которого подключены к управляющим входам электропривода 2 и световых излучателей 7, а входы сумматора 15 соединены через емкостные элементы 14 с выходами фотоприемников 6.
Устройство работает следующим образом.
Изделие 5, подлежащее контролю, устанавливается в конусное углубление 4 планшайбы 1. При этом на шаровидное изделие 5 краской наносятся точечные маркеры (на чертежах не показаны), расположенные на поверхности изделия сверху и сбоку в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через маркерные точки и геометрический центр изделия.
Поскольку устройство предназначено для контроля шаровидных изделий с разными размерами (диаметрами), предварительно осуществляется подстройка положения оптоэлектронных пар под конкретное изделие.
Элементы подстройки и юстировки на чертежах не показаны, поскольку они не влияют на существо предлагаемого технического решения и могут быть реализованы известными методами и известными техническими средствами, например, с помощью лимбов или винтовых пар с мелким шагом резьбы.
Положение оптоэлектронных пар, состоящих из фотоприемников 6 и излучателей 7 задается таким образом, чтобы оптические оптические оси оптоэлектронных пар располагались в срединной горизонтальной плоскости 9-9, проходящей через центр изделия с шаровидной формой и касались шаровидной поверхности изделия 5 в диаметрально противоположных точках 10 и 11 (фиг.2).
Испытание осуществляется в два этапа (с установкой изделия 5 в конусное углубление 4 планшайбы 1 таким образом, чтобы каждая маркерная точка оказалась в верхней части изделия 5).
Для исключения влияния внешней засветки оптических элементов испытания проводятся в затемненном помещении.
Сигналом с блока 3 управления включается электропривод 2 вращения и планшайба 1 с изделием 5 раскручивается до необходимой скорости вращения.
Сфокусированные потоки световых лучей от излучателей 7, направленные на диаметрально противоположные точки 10 и 11 на поверхности изделия 5, частично перекрываются шаровидной поверхностью изделия, а частично проходят мимо него и поступают на фотоприемники 6 с преобразованием в два электрических информационных сигнала, каждый из которых содержит постоянную и синусоидальную составляющую. При идеальной сферической форме изделия 5 уровни этих сигналов будут одинаковыми, при этом синусоидальные составляющие сигнала от каждого фотоприемника будут находиться в противофазе.
При идеальной сферической форме изделия 5 (этому случаю соответствует фиг.3а)) уровни постоянных составляющих будут совпадать, а амплитуды противофазных составляющих сигналов от фотоприемников 6 также будут равны.
При наличии деформации изделия, обуславливающей отклонение формы от идеальной сферической поверхности, или наличии неоднородного включения, обуславливающего смещение центра масс изделия относительно геометрического центра сферы (показано на фиг.3b), с) с локальным участком 13) происходит смещение вращающегося изделия 5 от центральной оси устройства) и уровни сигналов с фотоприемников 6 будут различаться между собой.
Информационные сигналы от фотоприемников 6 через емкостные элементы 14, которые не пропускают постоянные составляющие сигналов, поступают на входы сумматора 15, который формирует разностный сигнал между противофазными синусоидальными составляющими, поступающий на вход выпрямителя 16 напряжения, который формирует постоянное напряжение, значение уровня которого соответствует степени отклонения реальной формы изделия 5 от идеальной сферической поверхности или степени разбаланса центра массы от геометрического центра сферической формы изделия.
Указанный сигнал далее поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17, информация в цифровом виде с которого поступает на вход программируемого микропроцессора 18, который сравнивает измеренное значение с допустимым пороговым значением отклонения от идеальной сферической формы или со значением допустимого весового разбаланса изделия и выдает результирующий сигнал «НОРМА» или «НЕТ НОРМЫ» на выход 20 устройства.
При этом программируемый микропроцессор 18 по заложенной в нем программе через узел 19 сопряжения, содержащий усилитель сигналов (не показан) выдает на электропривод 2 управляющие сигналы на включение/выключение, раскрутку до определенной угловой скорости вращения и задание необходимого временного интервала для проведения цикла испытаний.
Указанное изобретение реализуется с помощью прецизионных электромеханических узлов и современных средств оптоэлектронной техники.
Устройство является портативным и может быть использовано тренерами и спортсменами при подготовке к соревнованиям, а именно при выборе теннисных мячей, мячей для гольфа и др., что позволит обеспечить наилучший результат на спортивных соревнованиях.
Устройство может использоваться и в других областях, например, в промышленности для контроля качества изделий со сферической формой.