УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ ПЛОСКОСТНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике, более конкретно к устройству для определения отклонений от плоскостности поверхности изделий и может найти применение в области машиностроения или строительства при определении параметров поверхности и формы изделий различного назначения.
В ходе обработки деталей для разного рода изделий образуются поверхности с характерными отклонениями. Различают допуски на плоскостность отдельной поверхности, на плоскостность по площади поверхности, на прямолинейность образующей цилиндра и пр. Отклонения от плоскостности могут иметь характер выпуклости, вогнутости, волнистости или коробоватости. В научно-технической литературе существует достаточно много способов и реализующих их устройств для определения величины отклонения от плоскостности, включающих механические, оптические или гидростатические преобразователи измеряемых величин.
Оптические способы и устройства для измерения отклонений от плоскостности основаны на сравнении реального состояния профиля поверхности с визирной осью светового луча. В них используется ряд оптических элементов, таких как объективы, зеркала, призмы, окуляры и т.п. В механических приборах измерительный механизм использует кинематический принцип действия, преобразующий небольшие перемещения измеряемых величин в увеличенные, которые фиксируются регистрирующими устройствами. Для тарировки подобных измерительных систем и приборов также могут быть задействованы лекальные линейки, индикаторы, глубиномеры, скобы, угольники или поверочные плиты.
Известен способ измерения отклонений поверхности плит от плоскостности и устройство для его реализации, включающее измерительное устройство, состоящее из излучающего и принимающего приборов. В качестве излучающего прибора используется лазерный нивелир с коллимированным лазерным лучом, установленный на отдельную устойчивую опору. При этом принимающий прибор установлен на рабочей поверхности проверяемой монтажной, поверочной или разметочной плиты. Принимающий прибор включает опорную пяту, вертикально установленную в ней линейную измерительную шкалу с установленным на ней подвижным нониусом и скрепленный с нониусом оптический целевой знак с перекрестьем. При измерениях настроенный принимающий прибор перемещают поочередно в наиболее удаленные друг от друга нивелировочные точки, расположенные по периметру рабочей поверхности плиты, направляя в эти же точки лазерный луч (см. патент РФ №2362119, опублик. 20.07.2009).
К недостаткам технических решений, использующих оптические методы измерений отклонений от плоскостности, следует отнести повышенную сложность конструкции излучающего и принимающего приборов, а также необходимость математической обработки результатов оптических измерений.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для определения отклонений от плоскостности поверхности изделий, включающее корпус с концевыми опорами и, по крайней мере, одно регистрирующее приспособление с измерительным щупом (см. Прибор для определения отклонений от плоскости по ГОСТ 22685-89, приложение 1 - прототип).
Особенностью известного устройства для измерения отклонений от плоскостности поверхности изделий является наличие корпуса в виде прямоугольной рамки, снабженной по углам тремя концевыми опорами и двумя индикаторными головками часового типа ИЧ-10, расположенными на диагональной планке. Известное устройство предназначено для измерения отклонений от плоскостности относительно угловых точек и вогнутости (выпуклости) внутренних поверхностей форм для изготовления контрольных изделий кубов бетона с ребром 100 мм. В процессе измерений прибор с измерительным щупом перемещают по поверхности изделия и определяют высоту точек по отношению к ранее измеренным. Измерения проводят вдоль диагоналей поверхности изделия, по периметру, вдоль поперечного и продольного сечений.
Недостатком известного устройства для определения отклонений от плоскостности является необходимость использования в качестве регистрирующих приспособлений сравнительно сложных высокоточных индикаторных головок часового типа ИЧ-10 для считывания и фиксации показаний с последующей обработкой численных результатов измерений индикаторов в точках замера по установленным методикам.
Технический результат полезной модели заключается в устранении недостатков известных устройств для определения отклонений от плоскостности, упрощении конструкции регистрирующих приспособлений и повышении оперативности визуального определения фактических отклонений от плоскостности в точках замера.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для определения отклонений от плоскостности поверхности изделий, включающем корпус с концевыми опорами и, по крайней мере, одно регистрирующее приспособление с измерительным щупом, согласно полезной модели, регистрирующее приспособление содержит протяженный упругий элемент в виде сжатой пружины, концы которой установлены с возможностью вращения в неподвижной и подвижной относительно корпуса обоймах, снабженных подшипниками качения, причем измерительный щуп кинематически связан с подвижной обоймой.
Кроме того, корпус может быть выполнен с возможностью определения отклонений от плоскостности и перпендикулярности горизонтальной и вертикальной поверхностей изделия.
Кроме того, по крайней мере, две концевые опоры корпуса могут быть расположены на одной линии с измерительным щупом для определения отклонений от прямолинейности части поверхности изделия.
Кроме того, пружина протяженного упругого элемента может быть выполнена, преимущественно, навивкой в форме цилиндра или конуса.
Кроме того, пружина протяженного упругого элемента может быть выполнена в виде тонкой пластины или проволоки, сжатой по форме дуги.
Кроме того, подвижная относительно корпуса обойма может быть связана шарнирно или через подпружиненную контактную пластину с измерительным щупом, снабженным ограничителем хода.
Такое выполнение предложенного устройства обеспечивает устранение недостатков известных технических решений и максимально упрощает процедуру визуального определения отклонений от плоскостности поверхности изделий при отсутствии различного рода стрелочных и иных индикаторов с числовыми шкалами.
Технический результат достигается за счет выполнения регистрирующего приспособления в виде протяженной сжатой пружины с возможностью ее вращения в неподвижной и подвижной относительно корпуса обоймах с подшипниками качения. При этом небольшие перемещения щупа, благодаря кинематическому (механическому) принципу действия устройства, приводят к изменению устойчивого положения сжатой пружины, сопровождающегося характерным резким поворотом изогнутой сжатой пружины в обоймах без изменения формы осевой дуги. В итоге происходит преобразование малого смещения измерительного щупа в увеличенные передвижения регистрирующего элемента в виде поворота пружины на 180 градусов относительно корпуса.
При регистрации щупом превышения отклонения поверхности от плоскостности пружина регистрирующего элемента проворачивается и фиксируется в обоймах с подшипниками вниз дугой и наоборот. В результате повышается оперативность визуального определения отклонений от плоскостности без считывания каких бы то ни было цифровых показаний. При отсутствии отклонений от плоскостности изогнутая пружина находится в визуально наблюдаемом безразличном положении относительно вращения в обоймах.
Корпус устройства, по аналогии с известными устройствами, может быть выполнен в виде рамки с несколькими концевыми опорами для определения отклонений от плоскостности как горизонтальной, так и вертикальной поверхностей изделия. При этом возможно использование Г-образного корпуса с двумя регистрирующими элементами в указанных плоскостях, что позволяет определять отклонение от их перпендикулярности. В случае выполнения корпуса с расположением двух концевых опор на одной линии с измерительным щупом становится возможным определять отклонения от прямолинейности не только плоских, но и цилиндрических изделий в направлении образующих.
Пружина протяженного упругого элемента, согласно полезной модели, может быть выполнена, преимущественно, навивкой пружинной проволоки в форме цилиндра или конуса, а также в виде отдельной тонкой пластины или проволоки, сжатой по форме дуги. При этом подвижная относительно корпуса обойма устройства может быть связана шарнирно или через подпружиненную контактную пластину с измерительным щупом, снабженным ограничителем хода.
На фиг. 1 представлен общий вид предложенного устройства для определения отклонений от плоскостности в виде прямоугольной рамки с тремя концевыми опорами; на фиг. 2 показан вариант возврата измерительного щупа в рабочее положение с ограничителем хода.
Устройство для определения отклонений от плоскостности поверхности изделий включает корпус, выполненный в виде прямоугольной металлической рамки 1 с размещенными по углам тремя неподвижными регулируемыми концевыми опорами 2 и регистрирующее приспособление, содержащее протяженный упругий элемент в виде предварительно сжатой цилиндрической спиральной пружины 3. Концы пружины 3 установлены с возможностью вращения в подшипниках 4 качения, размещенных в неподвижной и подвижной относительно рамки 1 корпуса обоймах 5, 6. При этом подвижная обойма 6 кинематически (механически) связана с измерительным щупом 7 с возможностью поворота обоймы 6 вокруг оси Б-Б, расположенной параллельно плоскости прямоугольной рамки 1 и перпендикулярно ее диагонали А-А.
Указанная кинематическая связь между подвижной обоймой 6 и измерительным щупом 7 осуществляется благодаря возможности поворота обоймы 6 вокруг оси Б-Б в проушине 8 рамки 1 и наличию у подвижной обоймы 6 выступа 9, постоянно контактирующего с торцом измерительного щупа 7. Поддержание такого контакта обеспечивается нижней упругой пластиной 10, а возврат щупа 7 в рабочее положение обеспечивается верхней упругой пластиной 11 и цилиндрической пружиной 12. Упругие пластины 10, 11 и пружина 12 закреплены на стойке 13 с возможностью регулировки их положения, в том числе, для ограничения предельных углов поворота подвижной обоймы 6 и установления ее контрольного или нулевого положения, соответствующего положению измерительного щупа 7 на поверочной плите по ГОСТ 10905. В результате поворот обоймы 6 вокруг оси Б-Б и вращение цилиндрической спиральной пружины 3 согласованы с перемещением щупа 7 вдоль оси В-В благодаря указанной кинематической связи. Поз. 14 на фиг. 1 обозначено проверяемое на плоскостность изделие, выполненное в виде пластины. На фиг. 2 показан вариант удержания измерительного щупа 7 в рабочем положении за счет пружины растяжения 15, при этом ограничение нижнего предельного угла поворота подвижной обоймы 6 обеспечивается за счет упора 16 внутри пружины 15.
Устройство для определения отклонений от плоскостности функционирует следующим образом.
Перед проведением необходимых измерений устройство тарируют, устанавливая его на поверочную плиту. При опоре прибора на пластину 14 в трех точках на неподвижные опоры 2 приводят в соприкосновение с поверочной плитой также свободный конец измерительного щупа 7. При этом ось подвижной обоймы 6 и выступ 9 должны принимать горизонтальное положение. В случае отсутствия поверочной плиты допускается устанавливать устройство на зеркало с размером, превышающим расстояние между угловыми опорами. Затем, учитывая предыдущий опыт, регулируют положение пластин 10, 11 и цилиндрической пружины 12 на стойке 13 для ограничения предельных углов поворота обоймы 6 соответственно ожидаемому перемещению измерительного щупа 7.
После этого устройство устанавливают на проверяемой поверхности изделия 14 и слегка прижимают рамку 1 к поверхности, фиксируя ее положение в трех точках на неподвижных опорах 2 и измерительного щупа 7 в четвертой точке. При наличии под измерительным щупом 7 выпуклости на поверхности изделия 14 выступ 9 обоймы 6 наклоняется вверх от линии диагонали А-А. Соответственно опускается вниз конец подвижной обоймы 6 с подшипником 4 качения и установленным в нем концом спиральной пружины 3. Указанные небольшие перемещения вызывают вращение предварительно сжатой цилиндрической пружины 3 в подшипниках 4 качения в обоймах 5, 6 на угол около 180°. Ось пружины 3 при этом имеет форму опрокинутой вниз дуги, что однозначно свидетельствует о наличии под измерительным стержнем подвижной опоры 7 выпуклости на поверхности изделия 14.
При перемещении устройства на новый участок поверхности проверяемого изделия под измерительным стержнем подвижной опоры 7 может оказаться вогнутость. Благодаря указанному кинематическому принципу действия устройства, небольшие перемещения щупа 7, выступа 9, обоймы 6 и конца спиральной пружины 3 вызывают ее вращение в подшипниках 4 обойм 5, 6, в результате чего ось пружины 3 приобретает новое положение в виде опрокинутой вверх дуги. Это свидетельствует о наличии под измерительным стержнем подвижной опоры 7 вогнутости на поверхности изделия 14.
Перемещая данное устройство по проверяемому изделию 14 в различных частях его поверхности можно наблюдать различное положение сжатой пружины 3 регистрирующего приспособления - в форме опрокинутой вниз или вверх дуги, что свидетельствует о наличии под измерительным щупом 7 выпуклости или вогнутости на проверяемой поверхности. В случае отсутствия отклонений от плоскостности, как было указано, пружина 3 находится в безразличном состоянии относительно ее поворота в подшипниках 4 качения, при котором положение дуги оси пружины 3 не фиксируется, что легко определяется по ее поведению в процессе текущей проверки изделия на плоскостность. Отклонения от плоскостности объемных изделий проверяют по всем стенкам, являющимися рабочими.
Чувствительность предложенного устройства в части определения отклонений от плоскостности относительно фиксированных угловых точек может находиться в пределах от долей до нескольких мм, в зависимости от конструктивных параметров рамки 1 корпуса и подвижной обоймы 6, а также от характеристик пружины 3 и подшипников 4. При этом время, затрачиваемое на проведение качественного определения плоскостности поверхности изделий, в данном устройстве значительно меньше, чем в известных устройствах того же назначения. Таким образом, достигаемый в предложенной полезной модели технический результат заключается в устранении указанных недостатков известных технических решений и повышении оперативности в определении отклонений от плоскостности при одновременном упрощении конструкции устройства за счет отсутствии индикаторов с числовыми шкалами для измерения величины отклонений и пересчета их в абсолютные значения отклонений от плоскостности. Предложенное техническое решение быстрее и эффективнее решает задачу выявления фактических отклонений в случаях качественного контроля плоскостности поверхности изделий, например, при их отбраковке в ОТК или на производственной линии.