УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ СЕЧЕНИЙ СЛОЖНОФАСОННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для организации высокопроизводительного автоматического контроля профиля сечений изделий сложной формы, например лопаток газотурбинных двигателей (ГТД).
Известны бесконтактные устройства для измерения профиля сечения изделий сложной формы, использующие метод светового свечения и оптоэлектронные датчики съема информации (SU 1747899 А1, опубл. 15.07.1992, G 01 B 21/30). Данная конструкция устройства не обеспечивает необходимой точности вследствие зависимости показаний датчиков от отражательной способности поверхности изделий.
Известны контактные измерительные системы, одно- и многоканальные, из которых наиболее близкой по технической сущности к заявляемому является устройство для измерения профилей сечений сложнофасонных деталей, содержащее основание, на котором размещены узел крепления измеряемого объекта, по меньшей мере, один узел крепления измерительных щупов, связанный с электродвигателем и датчиком перемещения, соединенным со счетчиком, индикатор, подключенный к блоку управления, который связан со счетчиком и измерительными щупами, выполненными с возможностью перемещения при контактировании с измеряемым объектом, узел крепления измеряемого объекта и, по меньшей мере, часть элементов узла крепления измерительных щупов выполнены с возможностью перемещения относительно основания (Патент РФ №49222, G 01 B 7/28, 10.11.2005 г.)
Недостатком данного устройства является недостаточная точность измерения из-за неучета суммарной погрешности измерения, которая включает в себя следующие погрешности:
- погрешности изготовления и износа рабочей поверхности измерительных щупов;
- погрешности деформации щупов под действием силы поджатия;
- погрешности, возникающие из-за люфтов в соединениях конструктивных элементов устройства;
- погрешности, связанные с кинематикой системы и показаниями датчика перемещения.
Технический результат полезной модели - повышение точности измерения профилей сечений сложнофасонных деталей за счет учета суммарной погрешности измерения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения профилей сечений сложнофасонных деталей, содержащем основание, на котором размещены узел крепления измеряемого объекта, по меньшей мере, один узел крепления измерительных щупов, связанный с электродвигателем и датчиком перемещения, соединенным со счетчиком, индикатор, подключенный к блоку управления, который связан со счетчиком и измерительными щупами, выполненными с возможностью перемещения при контактировании с измеряемым объектом, узел крепления измеряемого объекта и, по меньшей мере, часть элементов узла крепления измерительных щупов выполнены с возможностью перемещения относительно основания, узел крепления измеряемого объекта включает стойку, зажимное приспособление для крепления измеряемого объекта, установленное на стойке с возможностью вращения.
Узел крепления измеряемого объекта может быть снабжен фиксирующим элементом для фиксации зажимного приспособления относительно стойки.
В качестве фиксирующего элемента может быть использован штифт.
Для установки фиксирующего элемента в узле крепления измеряемого объекта стойка может быть снабжена, по меньшей мере одним отверстием, а зажимное приспособление - отверстиями.
Стойка может быть установлена на каретке, выполненной с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющим на основании.
Для поворота зажимного приспособления узел крепления измеряемого объекта может быть снабжен дополнительном приводом.
Рабочая сферическая поверхность измерительного щупа не является идеальной, поэтому при измерении сечения детали касание щупом поверхности детали происходит не в расчетной точке, что ведет к появлению погрешности в результатах измерений.
Включение в узел крепления измеряемого объекта стойки и зажимного приспособления для крепления измеряемого объекта, установленного на стойке с возможностью вращения, позволяет, в отличие от прототипа, для каждого измерительного щупа учесть в конечных результатах измерений суммарную погрешность измерения (построить тарировочные кривые), определяемую в зависимости от угла между осью направления движения измерительных щупов и нормалью к измеряемой поверхности объекта в точке касания щупов, что в свою очередь повышает точность измерений.
Предложенное техническое решение иллюстрируется схематичными чертежами, представленными на фиг.1-3, на которых изображены:
На фиг.1 - общий вид устройства, на фиг.2 - сечение А-А части узла крепления измеряемого объекта устройства, на фиг.3 - положение измерительных щупов и настроечного элемента при определении угла а поворота последнего.
Устройство для измерения профилей сечений сложнофасонных деталей содержит основание 1, на котором размещены узел крепления измеряемого объекта 2 (например, лопатки ГТД) и, по меньшей мере, один узел крепления измерительных щупов 3, выполненными с возможностью перемещения при
контактировании с измеряемым объектом 2, причем узел крепления измеряемого объекта и, по меньшей мере, часть элементов узла крепления измерительных щупов 3 выполнены с возможностью перемещения относительно основания 1.
Узел крепления измеряемого объекта 2 (фиг.1) включает стойку 4, зажимное приспособление 5 для крепления измеряемого объекта 2, установленное на стойке 4 с возможностью вращения вокруг оси Z, совпадающей с направлением перемещения узла крепления измеряемого объекта 2. Узел крепления измеряемого объекта 2 может быть снабжен фиксирующим элементом, например штифтом 6, для фиксации зажимного приспособления 5 относительно стойки 4. Стойка 4 может быть снабжена, по меньшей мере, одним отверстием, а зажимное приспособление - отверстиями 7 (фиг.2) для установки в узле крепления измеряемого объекта фиксирующего элемента (например, штифта 6).
Для уменьшения дискретности угла поворота β зажимного приспособления 5 устройство может быть снабжено несколькими отверстиями в стойке 4, что позволяет реализовать нониусный метод установки угла поворота β зажимного приспособления 5.
Количество отверстий n в зажимном приспособлении определяется необходимой точностью измерения. При большем количестве отверстий n повышается точность тарировки.
Оптимальным является выполнение отверстий в зажимном приспособлении 5 (фиг.2) по дуге окружности с шагом, соответствующим углу α (град.). Угол α может быть различным и определяется исходя из требуемой точности измерения, а диапазон угла поворота β зажимного приспособления 5 определяется максимальным углом разворота измеряемых сечений детали.
Для повышении производительности измерения поворот зажимного приспособления 5 может осуществляться в автоматическом режиме с помощью дополнительного привода (на чертежах не показан) -
механического или электрического, связанного с зажимным приспособлением 5.
Стойка 4 может быть установлена на каретке 8, выполненной с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющим на основании 1.
Узел крепления измерительных щупов 3 (на чертежах детально не показан) аналогичен узлу крепления измерительных щупов прототипа и может быть различным, например, выполненным в виде опорной стойки с установленными на ней измерительными щупами 3, которая может иметь возможность перемещения на основании 1. В другом из возможных вариантов выполнения узла крепления измерительных щупов 3 опорная стойка может быть закреплена жестко на основании и на ней дополнительно может быть установлен корпус с размещенными в нем измерительными щупами 3, который может иметь возможность перемещения в опорной стойке. Измерительные щупы 3 могут быть подпружинены с помощью пружин к упорам, расположенным в узле крепления измерительных щупов 3, например в корпусе.
Блок-схема устройства (на чертежах не показана) аналогична блок-схеме прототипа: узел крепления измерительных щупов 3 связан с электродвигателем и датчиком перемещения, соединенным со счетчиком. Индикатор подключен к блоку управления, который связан со счетчиком и измерительными щупами 3.
Электродвигатель может быть закреплен на дополнительной стойке расположенной на основании 1 или вынесен за основание 1.
Блок управления может состоять из нескольких конструктивных блоков или может быть выполнен, например, в виде микроконтроллера (на чертежах не показан).
Количество узлов крепления измерительных щупов 3 может быть различным, например два или более, расположенных по разные стороны от измеряемого объекта 2. Соответственно количество датчиков перемещения,
счетчиков и электродвигателей в этом случае равно количеству узлов крепления измерительных щупов 3.
Устройство для измерения профилей сечений сложнофасонных деталей работает следующим образом. Описание работы показано на примере измерения профилей сечений лопатки ГТД.
Процесс измерения производится в автоматическом режиме с помощью управляющего блока, например, выполненного в виде микроконтроллера, осуществляющего управление и контроль за процессом измерений и обработку результатов измерений. Перед измерением профилей лопаток в зажимное приспособление 5 устанавливается настроечный элемент 9 (фиг.3), выполненный, например, в виде параллепипеда. В микроконтроллер передают исходные данные, необходимые для осуществления процесса измерения. После этого настроечный элемент 9 подводят, например, с помощью каретки 8, в плоскость измерительных щупов 3. Включают двигатель и производят измерение настроечного элемента 9. После произведенного измерения отводят штыри 3 в исходное положение. Вынув штифт 6 из отверстия, выполненного в стойке 4 и в зажимном приспособлении 5, поворачивают зажимное приспособление 5 с установленным в нем настроечным элементом 9 на заданный угол α. Фиксируют положение зажимного приспособления 5 относительно стойки 4, установив штифт 6 обратно, совместив при этом отверстие в стойке 4 и следующее отверстие в зажимном приспособлении 5 и снова производят измерение настроечного элемента 9. Аналогичным образом производят измерение во всем диапазоне изменения угла поворота β=i·α настроечного элемента 9, необходимого для построения тарировочных кривых (для каждого измерительного щупа). При этом i=1,2·n (n - количество отверстий в зажимном приспособлении 5).
В результате измерения во всем диапазоне изменения угла поворота β настроечного элемента 9 для каждого измерительного щупа и для всех углов поворота β определяется суммарная погрешность измерений, включающая:
погрешность изготовления и износа рабочей поверхности измерительных щупов, погрешность деформации щупов под действием силы поджатия, погрешность из-за люфтов в соединениях конструктивных элементов устройства, погрешность кинематики системы и показаний датчика перемещения.
Далее приступают к процессу измерения объекта 2 (лопатки ГТД). Вместо настроечного элемента 9 в зажимное приспособление 5 устанавливают лопатку и производят измерение во всех точках заданных сечений лопатки. Для этого включают привод перемещения каретки 7 и подводят соответствующее сечение измеряемой лопатки в плоскость измерительных щупов 3. Включают двигатели и производят измерения, таким же образом, как для настроечного элемента 9 для первого заданного сечения лопатки. Затем в плоскость измерительных щупов 3 подводится следующее заданное сечение лопатки и процесс измерения повторяют. После измерения последнего заданного сечения лопатки каретка 7 возвращается в исходное положение. Результаты измерений обрабатываются в микроконтроллере по специальной программе и выводятся на индикатор (например, на экран монитора) и, при необходимости, на печатающее устройство. Величину отклонения закоординированной точки профиля пера лопатки определяют с учетом поправки, полученной при измерении настроечного элемента 9 (по тарировочной кривой).
В результате неоднократно проведенных измерений получили повышение точности в 2-5 раз (в зависимости от угла разворота измеряемых сечений детали) по сравнению с прототипом.