ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ОСЕВОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ МЕХОБРАБОТКИ С КОМПАКТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМОЙ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к оптическим устройствам для измерения вылета по длине и диаметру осевых режущих инструментов для мехобработки, таким как фрезы, сверла, метчики, развертки, зенкера, циковки (пресеттеры). Полученные данные измерений могут использоваться для контроля параметров инструмента или предварительной настройки перед установкой в шпиндель станка.
В качестве ближайшего аналога заявленного технологического решения выбрано устройство для предварительной настройки и измерения режущего инструмента для мехобработки (по патенту US 20100076717 А1, 24.09.2008), содержащий два датчика. Один датчик предназначен для измерения вылета инструмента по его диаметру и длине теневым способом. Данный датчик содержит камеру с телецентрическим объективом в качестве фотоприемника и телецентрический излучатель, расположенные на одной оптической оси друг напротив друга. Проходящий через инструмент свет формирует четкую тень на фотоприемнике, на основе которой рассчитываются характеристики инструмента. Второй датчик улавливает отраженный от поверхности инструмента свет. Он содержит камеру и светодиодную подсветку. Данная камера позволяет получить изображение всей поверхности инструмента, а не только его краев, как в случае с первым датчиком. Для получения изображения всего инструмента необходимо перемещать устройства вдоль оси инструмента, а сам инструмент вращать со шпинделем вокруг своей оси. Измерения передаются в блок обработки информации и управления, который с высокой точностью вычисляет характеристики инструмента.
Особенностью применения данного типа приборов является использование телецентрической оптики - для излучателя и приемника. Телецентрическая оптика проецирует и принимает лучи, движущиеся строго параллельно оптической оси оптической системы. Благодаря этому изображение на фотоприемнике формируется более четким, существенно снижаются дифракционные эффекты на кромке инструмента и оптические искажения, вызванные неидеальностью оптики.
В силу того, что оптические лучи двигаются строго параллельно от излучателя на фотоприемник, принимающая линза согласуется по размеру с выходной линзой излучателя, фотоприемник «видит» изображение равное входному отверстию линзы телецентрического объектива. Телецентрическая оптика является дорогостоящей, поэтому часто используют небольшие по диаметру объективы, которые «видят» небольшую площадь инструмента. Это компенсируется дополнительными механическими перемещениями. Их точность определяется точностью линейных преобразователей перемещений и механической конструкцией устройства. Это влияет на время измерения в сторону его увеличения.
Перемещения, осуществляющиеся с помощью механических узлов, не только увеличивают время измерения, но и снижают точность измерений и увеличивают сложность конструкции и калибровку системы.
У ближайшего аналога два недостатка. Первый недостаток связан с высокой сложностью конструкции, связанной с необходимостью перемещений для измерения всего инструмента по диаметру. Второй недостаток является следствием первого - низкая скорость измерения и ошибки, возникающие при перемещении оптической системы в процессе измерения.
Технический результат полезной модели заключается в повышении точности, упрощения конструкции, увеличению ее компактности и скорости измерения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве используется оптика большого диаметра, способная измерять инструмент до диаметра 30 мм. Однако, данная оптика имеет большой размер и занимает существенное пространство по сторонам от шпинделя устройства. Для компактности используются зеркала, установленные под углом 45 градусов относительно оси инструмента и оптической оси микрометра.
Полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 и фиг. 2 показана схема устройства.
Устройство включает оптический микрометр, состоящий из телецентрического излучателя, телецентрического приемника и двух зеркал, установленных под углом 45 градусов относительно оси инструмента. Все элементы находится на одной оптической оси и жестко скреплены между собой. Микрометр перемещается вдоль колонны по двум направляющим. Колонна перемещается по основанию, в которую вмонтирован шпиндель для установки инструмента. Данные измерения направляются в вычислительный блок. Данные измерения отображаются на дисплее.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Оптический микрометр 1, состоящий из телецентрического излучателя 5, телецентрического приемника с фотосенсором 7, зеркал 10 перемещается по направляющим 6 и рейке 2 по вертикальной колонне 3 с помощью ручки 8. Колонна зафиксирована на основании 4. Зеркала оптического микрометра, установленные под углом 45 градусов к оптической оси микрометра, позволяют сократить расстояние по сторонам от шпинделя 9, сохранив общий оптический путь световых лучей подсветки.
Заявленное устройство может найти применение в различных областях, где требуется высокоточная предварительная настройка режущих инструментов вне станка, измерение и контроль режущего инструмента после производства, при приемке инструмента у поставщика.