УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФОРМЫ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкциям измерительных устройств для контроля погрешностей геометрической формы тел вращения.
Известно устройство для измерения формы поверхности крупногабаритных изделий (патент RU 2179705 С2, G01B 5/207). Устройство состоит из жесткого корпуса с двумя опорами на роликах. Между опорами через равные промежутки установлены дополнительные индикаторы. Все индикаторы снабжены фотоэлектрическими датчиками для фиксации измерения показаний индикаторов. Фотоэлектрические датчики соединены через устройство сопряжения с персональным компьютером для преобразования показаний индикаторов в цифровой сигнал и передачи этого сигнала в персональный компьютер. Один из роликов снабжен фотоэлектрическим датчиком для фиксации моментов завершения полных оборотов этого ролика устройством сопряжения.
Недостатком устройства является невозможность применения его для измерения тела вращения, опирающегося на два опорных ролика, приводящих его во вращение.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для измерения геометрической формы цилиндрической поверхности тела вращения и его поведения в процессе эксплуатации (Патент RU №2227268, G01В 5/20, 5/00).
Устройство содержит накладной кругломер с самоустанавливающимися опорами, в корпусе которого установлен основной измерительный датчик, датчик биения. Опоры накладного кругломера выполнены в виде дисков, закреплены на концах корпуса с возможностью вращения, оси дисков параллельны оси измеряемого тела, наконечник основного измерительного датчика соединен с измерителем, выполненным в виде диска, в котором имеется как минимум одно сквозное отверстие и ось которого параллельна осям опор, оптический датчик пути жестко соединен с осью этого диска так, чтобы при вращении диска отверстие пересекало зону измерения оптического датчика.
Устройство также содержит датчик угла поворота, установленный на корпусе накладного кругломера, а наконечник датчика угла поворота жестко соединен со штангой, соединенной с корпусом накладного кругломера с возможностью качания корпуса относительно штанги в процессе измерения, и с основанием, выполненным с отверстиями для крепления и отверстием для продольного перемещения штанги. Основание неподвижно соединено с поперечным суппортом станка, при этом вне корпуса расположены датчик количества оборотов измеряемого объекта и блок хранения обработки и мониторинга информации, соединенный со всеми датчиками.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: рама, связанная с механизмом продольного и поперечного перемещения, оснащенная перемещающейся внутри нее штангой, шарнирно соединенной с корпусом, несущим две опоры и измерительный диск, датчик линейных перемещений, датчик количества оборотов, датчик угла поворота, размещенный на корпусе и контактирующий со штангой.
Недостатком прототипа является невозможность точного измерения координат точек, равноудаленных на измеряемом контуре, что отрицательно сказывается на точности определения радиусов аппроксимирующих дуг, с учетом которых далее ведется расчет параметров контура в поперечном сечении.
Указанные недостатки связаны с тем, что конструкция устройства не обеспечивает постоянного положения точки контакта опорного ролика с измеряемой поверхностью при изменении радиуса кривизны измеряемой поверхности, т.к. при этом происходит перекатывание (обкатывание) образующей измеряемой поверхности по наружной поверхности ролика.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для измерения геометрических параметров формы крупногабаритных деталей вращения содержит раму, связанную с механизмом продольного и поперечного перемещения. Рама оснащена перемещающейся внутри нее штангой, которая шарнирно соединена с корпусом, несущим две опоры и измерительный диск. На раме установлен датчик линейных перемещений. Устройство содержит датчик количества оборотов, датчик угла поворота, размещенный на корпусе и контактирующий со штангой. Каждая из двух опор выполнена в виде шарнирно связанного с одним из концов корпуса основания с установленными в нем двумя вращающимися роликами, жестко
связанными между собой. Причем на основании посередине между роликами установлен индуктивный датчик расстояния. Корпус устройства снабжен дополнительными датчиками угла поворота, закрепленными на нем с возможностью постоянного контакта с основанием опор. Измерительный диск закреплен на жестком рычаге, установленном соосно со штангой с возможностью перемещения в направляющих выполненных на корпусе. Корпус несет дополнительный датчик линейных перемещений, взаимодействующий с рычагом.
Целью полезной модели является создание устройства, которое обеспечит высокую точность измерения параметров геометрической формы детали и расширит технологические возможности измерений за счет обеспечения возможности измерения радиуса кривизны поверхности детали.
Такими деталями могут быть крупногабаритные детали базирующие на две роликоопоры, например бандажи цементных печей, форма (отклонение от крутости) которых оказывает существенное влияние на качество работы печного агрегата.
Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для измерения геометрических параметров формы снабжено опорами, каждая из которых выполнена в виде шарнирно связанного с одним из концов корпуса основания с установленными в основании двумя вращающимися роликами, жестко связанными между собой, причем на основании посередине между роликами установлен индуктивный датчик расстояния, при этом корпус устройства снабжен дополнительными датчиками угла поворота, закрепленными на нем с возможностью постоянного контакта с основанием опор, а измерительный диск закреплен на жестком рычаге, установленном соосно со штангой с возможностью перемещения в направляющих выполненных на корпусе, несущим дополнительный датчик линейных перемещений, взаимодействующий с рычагом.
Оснащение устройства самоустанавливающимися опорами, которые ориентируют измерительный датчик в направлении нормали к измеряемой поверхности, позволяет более точно измерять координаты точек наружной поверхности, а следовательно, с необходимой точностью вычислять радиусы аппроксимирующих дуг.
Снабжение устройства дополнительными датчиками угла поворота, установленными на корпусе с возможностью постоянного контакта с основаниями опор, позволяет измерять угол отклонение нормали по которой
ориентируется измерительный датчик самоустанавливающихся опор при изменении кривизны поверхности или положения детали на базовых роликоопорах.
Закрепление измерительного диска, на жестком рычаге, установленном, соосно со штангой с возможностью перемещения в направляющих, выполненных на корпусе, на котором также установлен дополнительный датчик линейных перемещений, взаимодействующий с рычагом позволяет измерять биение средней точки дуги на поверхности детали. Причем, перемещение штанги в этом же направлении не оказывает влияния на показания дополнительного датчика линейных перемещений.
Сущность полезной модели поясняется графическим изображением.
На графическом изображении представлена схема устройства.
Устройство содержит равноплечий корпус 1 и на конце каждого плеча шарнирно закреплена опора 2. Каждая из опор состоит из основания 3 и двух вращающихся роликов 4 и 5, установленных в основании так, чтобы их оси были параллельны. На основании 3 посередине между роликами установлен индуктивный датчик расстояния 6.
Каждое из оснований 3 шарнирно связано с корпусом 1 с возможностью качания, например при помощи оси, установленной в корпусе на подшипниках параллельно осям роликов.
На корпусе 1 установлены датчики 7 угла поворота, например типа ЛИР-285А с возможностью постоянного контакта с основаниями 3.
Наличие опор в виде основания с двумя роликами позволяет в процессе измерения при вращении детали ориентировать измерительный датчик 6, размещенный на этом же основании, в направлении нормали к измеряемой поверхности.
Корпус 1 соединен со штангой 8 с возможностью качания корпуса относительно штанги, например при помощи оси, которая устанавливается в корпус при помощи подшипников.
На корпусе 1 устройства расположен датчик угла поворота 9, например типа ЛИР-285А, наконечник которого связан со штангой 8, например, при помощи штифта.
Штанга 8 установлена с возможностью продольного перемещения в раме 10.
Рама может быть выполнена призматической формы.
На раме 10 установлен датчик линейных перемещений 11, например типа ЛИР-14, и его наконечник жестко связан со штангой 8. Датчик 11 регистрирует перемещение штанги 8.
Рама 10, размещена на устройстве 12 поперечного перемещения, которое установлено на устройстве 13 продольного перемещения.
Указанные перемещения обеспечиваются за счет наличия приводов 14 и 15.
На корпусе 1 выполнены направляющие, в которых соосно со штангой 8 установлен жесткий рычаг 16, с возможностью продольного перемещения.
На жестком рычаге 16 закреплен вращающийся измерительный диск 17.
На измерительном диске имеется по крайней мере одно отверстие, которое при вращении пересекает зону измерения оптического датчика пути 18, например типа SOEG-RT-M12-PS-S-L.
Оптический датчик 18 жестко соединен с осью измерительного диска, например при помощи П-образной скобы и расположен так, чтобы отверстие диска пересекало зону измерения датчика 18.
По сигналу с датчика 18 снимаются данные с остальных датчиков.
В корпусе установлен измерительный датчик 19, например типа ЛИР-14, наконечник которого жестко, например при помощи резьбового соединения, связан с рычагом 16. Датчик 19 измеряет перемещение рычага 16.
В устройстве также имеется датчик 20 количества оборотов тела вращения, например типа SIEN-M5B-PS-S-L, который расположен вне корпуса устройства и производит подсчет количества полных оборотов тела вращения, он механически не связан с измерительным устройством.
Отдельно от устройства также расположен блок 21 вычисления и хранения информации, который посредством интерфейсного модуля соединен со всеми датчиками. Блок может быть подключен к ЭВМ, например через параллельный порт.
Измерения проводят на детали 22.
Устройство работает следующим образом
На измеряемой детали вращения 22 делают радиальную метку, например в виде магнита. На удобную поверхность, например на стойку или кронштейн, установленные вблизи измеряемой детали, вне измерительного устройства устанавливают датчик количества оборотов 20, так, чтобы метка пересекала линию измерения датчика при вращении тела.
Устройство устанавливают непосредственно около детали так, чтобы оси опорных роликов были параллельны оси вращения измеряемой детали.
С помощью устройства 12 поперечного перемещения подводят корпус 1 к измеряемой детали.
При этом должен быть обеспечен контакт роликов 4 и 5, установленных в основании 3 каждой из опор 2, с измеряемой поверхностью. Кроме того, в контакт с измеряемой поверхностью должен войти измерительный диск 17.
Момент контакта определяется по наличию сигналов с датчиков угловых перемещений 7, индуктивных датчиков 6 и датчика линейных перемещений 19.
В качестве крупногабаритной детали, на которой проводятся измерения, может быть, например, бандаж цементной печи. Измерения проводятся в процессе технологического вращения печи без ее остановки.
Первый этап измерений проводится в определенном сечении.
При вращении детали по сигналу с датчика пути 18 измерительные датчики 6 фиксируют расстояние до измеряемой поверхности. Датчики 18 и 6 электрически связаны через блок вычислений и хранения информации 21.
Датчик 19 фиксирует перемещение рычага 16 относительно корпуса 1.
Датчики 7 фиксируют углы поворота опор 2 относительно корпуса 1.
Значения углов поворота поступают в блок вычислений и хранения информации 21.
Измерительный датчик 9 фиксирует угол поворота корпуса 1 относительно штанги 8, что позволяет отследить положение центра сечения измеряемой детали.
Датчик 11 фиксирует перемещение штанги 8 относительно рамы 10, что позволяет определять радиальное биение контура детали в измеряемом сечении. Измерения в одном сечении повторяются с шагом, задаваемым датчиком пути 18, до совершения деталью одного полного оборота который определяется датчиком количества оборотов 20.
После измерения в заданном сечении, при помощи механизма поперечного перемещения 12 устройство отводят от измеряемой поверхности и при помощи устройства продольного перемещения 13 перемещают устройство для измерения в следующее сечение. Процесс измерения в следующем сечении аналогичен описанному выше.
Действия повторяются до тех пор, пока не будет измерено каждое сечение с заданным шагом.
По показаниям датчиков 6, 7, 19 рассчитываются координаты трех точек каждого сечения и по этим координатам определяются радиусы аппроксимирующих дуг. Показания датчика 9 позволяют определить поведение центра каждого сечения детали. По показаниям датчика 11 определяют радиальное биение контура измеряемой детали.
Показания датчиков поступают в блок вычислений и хранения информации, который может быть сопряжен с ЭВМ.
По полученным данным может быть получена цифровая объемная трехмерная модель тела вращения, которая в дальнейшем может использоваться для математического моделирования поведения этого тела в процессе вращения.
Таким образом предлагаемое изобретение может найти применение в тех областях техники, где требуется измерять круглость сечений цилиндрических тел вращения, а также конусность, бочкообразность, седлообразность, кривизну оси детали и т.п., поведение тела, например биение одной поверхности относительно другой и т.д., в процессе эксплуатации.