АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Автоматизированное измерительное устройство (АИУ) предназначено для контроля геометрических и физико-механических параметров деталей сельскохозяйственных машин при входном и выходном контроле качества в процессе их производства и технического обслуживания.
Известен аналог - бесконтактный трехкоординатный измеритель по патенту РФ 2191348, предназначенный для измерения координат поверхности объемных объектов. Он состоит из лазерного зондирующего устройства, приемника в виде ПЗС-матрицы и преобразовательно-вычислительного блока. Основным недостатком этого устройства является недостаточная универсальность и точность измерений.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является устройство для бесконтактных измерений по патенту РФ 108599, предназначенное для контроля геометрических параметров и качества различных машиностроительных изделий. Оно состоит из сканера, закрепленного на винтовой стойке с кронштейном, позволяющий производить регулировку высоты установки сканера и угла его наклона посредством системы управления и обработки данных, которая, подает сигналы на соответствующие электродвигатели. Основным недостатком этого устройства является отсутствие возможности контроля физико-механических параметров, высокая трудоемкость монтажа и выверки положения контролируемых изделий относительно элементов устройства. Это обусловлено конструктивными особенностями системы.
Задачей полезной модели является расширение номенклатуры контролируемых параметров деталей сельскохозяйственных машин.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности и производительности контроля качества деталей сельскохозяйственных машин.
Для достижения задачи и технического результата в конструкции устройства использован двумерный лазерный сканер, закрепленный на специальном регулируемом по углу наклона и высоте установки кронштейне, размещенном на винтовой стойке, закрепленной к станине перемещающего устройства, содержащего стол со встроенным анализатором металла и измерителем массы для контроля физико-механических свойств размещенной на нем контролируемой деталью, размещенной в быстроразъемном соединении, перемещаемый шарико-винтовой парой, приводимой во вращение шаговым электродвигателем, управление которым, наряду с лазерным датчиком определяющим начальное положение контролируемой детали, осуществляется системой управления и обработки данных (СУОД).
Устройство поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена схема автоматизированного измерительного устройства, на фиг. 2. изображено расположение осей координат автоматизированного измерительного устройства.
АИУ состоит из двумерного лазерного сканера 1, закрепленного на специальном кронштейне 2, позволяющего производить регулировку угла наклона оси лазерного луча в вертикальной плоскости. Кронштейн 2 размещен на винтовой стойке 3, регулирующей высоту установки двумерного лазерного сканера 1. Регулировка проводится для каждого типа контролируемой детали, исходя из габаритных размеров, свойств поверхности и характера измеряемых параметров в соответствии с программой, заложенной в СУОД 4, которая, подавая сигналы на соответствующие шаговые электродвигатели 5 и 6, устанавливает необходимую высоту и угол наклона двумерного лазерного сканера 1, определяя его положение при помощи лазерного датчика 7 установленного на стойке 8, закрепленной на станине устройства 9. Станина устройства 9 размещена на опорах 10 перемещающего устройства 11.
К торцам станины 9 присоединяются стенки с подшипниковыми узлами 12. При этом используются шариковые радиальные подшипники, обеспечивающие свободное вращение главного винта 13. Сборка стенок, станины 9 и механизма перемещения стола требует четкого соблюдения инструкций по сборке и контроля точности по ее окончанию и после монтажа.
Главный винт 13 по принципу шарико-винтовой пары приводит в движение стол 14 с закрепленным на нем при помощи БРС 15 контролируемой детали 16. Уменьшение прогиба главного винта 13, а также поперечная и вертикальная устойчивость стола 14 обеспечивается специальными пластинами, прилегающими к точно обработанным поверхностям станины 9.
Главный винт 13 приводится во вращение от шагового электродвигателя 17 через соединительную муфту 18. Шаговый электродвигатель 17 закреплен на подрамнике 19, соединенной со станиной 9. Управление включением и выключением электродвигателя 17, а также направлением вращения вала электродвигателя 14 осуществляется СУОД 4.
Конструкция стола 14 снабжена встроенным измерителем массы 20 и бесконтактным анализатором металла 21, позволяющие определять физико-механические свойства контролируемой детали 16.
Подбор наиболее рациональной скорости движения стола и частоты сканирования профилей поверхности контролируемой детали осуществляется исходя из специфики дефектов и геометрических параметров контролируемой детали. Шаг измерения по координате X определяется по следующей формуле:
где n - частота сканирования профилей, Гц (проф./с.); v - скорость движения стола:
э
-1
где z - число заходов резьбы; P - шаг резьбы, мм; n - асинхронная частота вращения вала электродвигателя, мин; u - передаточное число зубчатой передачи.
Устройство работает по следующему алгоритму: контролируемая деталь 16 устанавливается в устройство и при помощи БРС 15 закрепляется на столе 14; подается питание на электронные компоненты устройства; анализатор металла 21 и измеритель массы 20 определяют физико-механические свойства контролируемой детали 16; лазерный датчик 7 фиксирует начальное положение контролируемой детали 16 и подается сигнал на СУОД 4, которая регулирует высоту и угол наклона двумерного лазерного сканера 1, а так же задает вращение главного винта 13; в работу включается шаговый электродвигатель 17 привода главного винта 13, который перемещает стол 14 в требуемое для начала сканирование положение; включается двумерный лазерный сканер 1; шаговый электродвигатель 17 с установленными параметрами передвигается, перемещает стол 14 с контролируемой деталью 16 относительно двумерного лазерного сканера 1; в это время происходит сканирование контролируемой детали 16 и передачи данных сканирования на СУОД 4 для последующей обработки; по завершению сканирования контролируемой детали 16 по длине проводится ее поворот на 180° и осуществляется сканирование в обратном направлении, после чего контролируемая деталь 16 удаляется из устройства. На основании обработки полученных данных программа заложенная в СУОД 4 в графическом виде выводит сообщение о соответствии характеристик контролируемой детали 16 ее паспортным данным.
Принцип действия АИУ основан на определении двумерном лазерным сканером координат точек световой линии, проецируемой на поверхность контролируемой детали, определении массы и других физико-механических свойств материала контролируемой детали, передаче данных СУОД, которая автоматически анализирует результаты контроля, делает вывод о годности контролируемой детали в соответствии с программно заложенными в нее данными о возможных дефектах, типе и параметрах контролируемой детали.
Точность измерений геометрических параметров зависит от различных факторов: по осям Z и Y - от удаленности объекта измерения от сканера, по оси X - от скорости движения стола и частоты сканирования профилей, при вращении в плоскости φ - от свойств поверхности и характера измеряемого параметра, при определении начального положения конструируемой детали от точности установки лазерного датчика для определения начального положения контролируемой детали.
Высокая точность и достоверность измерения геометрических параметров достигается за счет многократных проходов и максимальной плотности измерения, а также настройкой оптимального расположения двумерного лазерного сканера относительно контролируемой детали. Точность контроля физико-механических свойств контролируемой детали обеспечивается применением высокоточных датчиков.
Применение промышленных датчиков с использованием предлагаемого устройства позволит повысить точность и диапазон измерений, что приведет к улучшению качества контроля деталей сельскохозяйственных машин.
Устройство имеет следующие преимущества:
1. Применение высокоточных весов и анализатора металла позволяет расширить номенклатуру контролируемых параметров деталей сельскохозяйственных машин;
2. Применение лазерного датчика позволяет определять начальное положение контролируемой детали без ее точной установки на столе;
3. Благодаря применению шарико-винтовой передачи достигается равномерное, без проскальзывания и биений движение стола;
4. Применение шагового электродвигателя позволяет исключить из конструкции зубчатую передачу, заменив ее прямой передачей через муфту, точно задавать перемещение стола с контролируемой деталью;
5. Автоматическая регулировка скорости сканирования оптимизирует время контроля при сохранении высокой точности измерений геометрических параметров;
6. Благодаря применению специального программного комплекса, заложенного в СУОД, каждый тип изделий обрабатывается с индивидуальными настройками устройства;
7. Благодаря применению БРС, ускоряется смена контролируемой детали;
8. АИУ позволяет исключить вероятность влияния уровня квалификации исполнителя на точность измерений за счет автоматизации большей части операций;
9. АИУ значительно повышает эффективность контроля благодаря высокой точности и увеличению охвата измерениями параметров контролируемой детали.