УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРА ДЕТАЛИ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения в широком диапазоне наружных и внутренних размеров деталей и узлов, где требуется высокая точность измерений.
Известны устройства измерения линейного размера детали с индикацией измерения на электронном табло, например, прибор активного контроля для внутришлифовальных станков БВ-4307 фирмы ОАО «НИИизмерения» или аналог - прибор «Унивар» фирмы «Марпосс» (Италия), имеющий сложное преобразование механической величины в электронную с выводом на экран, ограниченный диапазон измерения от 10 до 200 мм и ценой деления шкалы 1 и 10 мкм (1. www.micron.ru).
Известный длинномер Аэротест-Р [2] В.М.Мурашов. Пневматический длинномер высокого давления ротаметрического типа (2. Аэротест-Р // Датчики и системы. №12-2005) имеет следующие недостатки: необходимость выдерживания вертикальной оси трубки ротаметра в угловых пределах для сохранения заданной точности измерения; точность измерения не лучше 0,5-2,5%; крупные габариты до 0,5 м и массу до 5 кг; строгое соблюдение размера конусности трубки ротаметра, например 1:1000, полученной в результате многолетней отработки технологии литья стекла при ее изготовлении; необходимость поддержания прибора в стерильном состоянии, которая осложняется крупными габаритами.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является Устройство измерения размера детали (RU 2397441 С1, 20.08.2010) содержит пневматический измеритель допуска в виде струйного генератора с байпасом и измерительным соплом.
Недостатками известного устройства являются отдельно сформированный байпас индикатора с расположенным в нем дросселем, подключенный входом к линии давления, выходами к дросселю сброса в атмосферу значительно увеличивает габариты устройства, небольшой частотный диапазон измерения.
Техническим результатом предложения является увеличение крутизны частотной характеристики и частотного диапазона выходного сигнала при использовании выхода эжектора как сопло измерения и организация байпаса с дросселем в плате элемента.
Технический результат достигается тем, что устройство измерения отклонения размера детали содержит струйный генератор, индикатор частоты электрических сигналов и измерительное сопло, в котором функцию струйного генератора выполняет струйный аналоговый элемент с обратными связями, расположенный приемный канал на пути распространения струи питания элемента между двумя дифференциальными приемниками давлений обратной связи соединен с электрическим датчиком частоты пневматических давлений и линией пониженного давления струйного эжектора, выход которого является измерительным соплом.
Предложенное устройство имеет следующие преимущества:
- увеличена крутизна характеристики «частота-размер отклонения»,
- частота полезного сигнала выше за счет удвоения частоты переключения струи питания между двумя дифференциальными приемными соплами, входящими в линии обратной связи.
- отсутствие дополнительных внешних коммуникационных каналов, т.к. байпас организован внутри самой геометрии струйного элемента, все сформировано на одной пластине
- уменьшено влияние давления питания как негативный элемент (отрицательной обратной связи при измерении) при гальванической (токовой) развязке в виде независимого слива из камеры струйного генератора, помимо слива через измерительное сопло.
- каналы байпаса объединены и через регулируемый дроссель, расположенный в той же плоскости с байпасом, позволяет проводить настройку диапазона измерения.
На чертеже представлено устройство.
пр
непр
Предложенное устройство содержит пневматический струйный генератор 1 с байпасом 2 и измерительным соплом 3, струйный генератор 1 реализован на струйном аналоговом элементе 4, к измерительной цепи относится приемный канал 5 на пути распространения струи 6 питания 7 генератора 1, расположенным как средняя точка между двумя дифференциальными приемниками 8, 9 давлений, и который соединен с датчиком 18, измерительным соплом 3 и эжектором 21 линией пониженного давления 20, байпас 2 выполнен сливными каналами 10, 11 и 12, 13, каналы - 14, 15 обратной связи струйного генератора 1, 16 - контролируемая деталь с размером L и его допуском, например, проходной L и непроходной L, 17 - электроканал передачи пневмосигнала, 18 - датчик пневмосигнала, 19 - индикатор частоты пневмосигнала, 22 - регулируемый дроссель.
СГ
Принцип действия устройства основан на изменении расхода воздуха, проходящего через измерительный зазор L между измерительным соплом и поверхностью контролируемой детали. При изменении контролируемого размера изменяется величина измерительного зазора L и расход воздуха через него, а также показания частоты выходного сигнала. Для фиксации частоты выходного сигнала используется струйный генератор, у которого частота f колебаний струи в камере взаимодействия генератора прямо пропорциональна расходу воздуха через канал 7.
Например, приближение детали к измерительному соплу приводит к уменьшению расхода через приемный канал 5, перепада давления между входом в канал 5 и его выходом к детали 16 и частоты выходного сигнала. Не потребленная часть расхода приемным каналом 8 проходит в сливные каналы 2 струйного генератора 1.
СГ
СГ
Струйный генератор обладает свойством пропорционального увеличения частоты колебаний сигналов давления при увеличении расхода воздуха, что позволяет, увеличивая давление или расход воздуха в линии питания струйного генератора, увеличить частоту f и, следовательно, количество импульсов N на 1 деление измеряемого размера, например, N/мм или N/мкм. Увеличенное значение частоты соответствует меньшим линейным значениям размера или допуска контролируемой детали. Таким образом, увеличивается цена деления сигнала частоты и точность отсчета размера контролируемой детали. В процессе работы с увеличением измерительного зазора L частота f выходного сигнала генератора 1 будет увеличиваться.
0
0
СГ
Устройство работает следующим образом. Воздух из пневмосети через линию стабилизированного питания поступает в канал 7 питания струйного генератора, сформированный в виде струи 6 попадает в камеру взаимодействия струйного генератора 1 и проходит через камеры слива 2 (10, 11 и 12, 13) в атмосферу. Режим генерации обеспечивается приемными каналами 8 и 9, каналами обратной связи 14, 15, через которые сигналы давления поступают в управляющие каналы струйного аналогового элемента 4. Одновременно воздух проходит в канал 5, датчик 18 и к измерительному соплу 3 и выходит в канал 20 пониженного давления, связанный с эжектором 21, далее в атмосферу через выход эжектора и измерительный зазор L. При этом индикатор 19 подключенный через датчик 18 к струйному генератору 1 фиксирует частоту пневмоимпульсов f, определяющей расход воздуха по номинальному размеру L контролируемой детали 16. При работе струйного генератора 1 струя питания 6 переключается между приемными дифференциальными каналами 8 и 9 и по пути переключения в приемном канале 8 вырабатывается сигнал давления удвоенной частоты f по сравнению с частотой f, вырабатываемой струйным генератором 1 в каналах 14, 15 обратной связи.
0
пр
непр
min
max
непр
1
0
1
x
1
0
0
1
x
min
max
0
min
max
max
min
Измерение границ отклонения номинального размера L в виде отклонений (проходной L и непроходной L) и допуска по чертежу фиксируется частотными границами f и f с помощью более точных устройств (например, шлифованными размерными плитками). При изменении размера L>L>L контролируемой детали 16 изменяется расход воздуха, протекающего через измерительный зазор L и струйный генератор 1, и в результате фиксируется другая (более высокая) выходная частота f=f, отличная от частоты f, которая соответствует номинальному (нулевому) размеру допуска, т.е. f<f. Если выходная частота f находится в пределах отклонения частот f и f, то, следовательно, в пределах допуска находится контролируемый размер L, и результат измерения которого отмечается заводским ОТК, как размер соответствующий требованию технической документации. С помощью давления (расходом) в линии 7 производится регулировка соответственно чувствительности и положения «0» на шкале выходного сигнала по частоте f. Уменьшение зазора L увеличивает расход воздуха по каналам 2 струйного генератора 1 параллельно расходу через измерительное сопло 3. В результате чувствительность измерения на индикаторе 19 уменьшается и величины частот f и f, соответствующие границам допуска (нижняя и верхняя), сближаются, т.е. уменьшается число импульсов (разница частот f-f) между ними.
Как известно из теории работы струйного элемента «сопло-заслонка», которая применима к работе предложенного устройства, понижение давления в междроссельной камере увеличивает крутизну характеристики «давление-входное перемещение заслонки» (В.Н. Дмитриев, В.Г. Градецкий. Основы пневмоавтоматики. М. Машиностроение. 1973. с.81.). Работа эжектора 21 на понижение давления в канале 20, далее в канале 5 с одновременной работой детали 16, имитирующей движение заслонки, увеличивает крутизну частотной характеристики приемного канала 5 и расширяет частотный диапазон и диапазон отклонения размера детали при технологическом процессе ее изгтовления.
Таким образом, выявлены такие преимущества предлагаемого устройства, построенного в схеме с применением пониженного давления в приемном канале, как удвоенная частота выходного пневмосигнала, расширен диапазон и увеличена крутизна характеристики, при этом байпас организован внутри плоской конфигурации струйного элемента.