УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ РАЗМЕРА ДЕТАЛИ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения в широком диапазоне наружных и внутренних размеров деталей и узлов, где требуется высокая точность измерений, например, в машиностроительной промышленности.
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 (В.М. Мурашов. Пневматический длинномер высокого давления ротаметрического типа 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 C1, 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, который значительно увеличивает габариты устройства, небольшой частотный диапазон измерения.
Техническим результатом предложения является увеличение крутизны частотной характеристики и частотного диапазона выходного сигнала.
Технический результат достигается тем, что устройство измерения отклонения размера детали, содержащее струйный генератор, индикатор частоты электрических сигналов и измерительное сопло, в котором струйный генератор выполнен в виде струйного аналогового элемента, с тремя симметрично расположенными относительно сопла питания приемными каналами, введенный струйный эжектор линией пониженного давления соединен со средним приемным каналом, электрическим датчиком частоты пневматических давлений и измерительным соплом.
Предложенное устройство имеет следующие преимущества:
- увеличена крутизна характеристики «частота- размер отклонения»,
- частота полезного сигнала выше за счет удвоения частоты в среднем канале при переключении струи питания между двумя дифференциальными приемными соплами, входящими в линии обратной связи.
- отсутствие дополнительных внешних коммуникационных каналов, т.к. байпасом служат сливные каналы в плоской геометрии струйного элемента на одной пластине.
На чертеже представлено предложенное 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 - электрический датчик частоты пневматического сигнала давления, 19 - индикатор частоты электрических сигналов струйного генератора.
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, что вызывает изменение частоты выходного сигнала струйного генератора 1.
Например, уменьшение размера L при приближении детали к измерительному соплу приводит к уменьшению расхода через приемный канал 5, росту перепада давления между входом в канал 5 и его выходом к детали 16 и уменьшению частоты выходного сигнала. Не потребленная часть расхода приемным каналом 8 (или 9 при другом положении струи) проходит в сливные каналы 2 струйного генератора 1.
СГ
СГ
Струйный генератор обладает свойством 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, уменьшается цена деления сигнала частоты и увеличивается точность отсчета размера контролируемой детали. В процессе работы с увеличением измерительного зазора L частота f выходного сигнала генератора 1 будет уменьшаться.
0
0
СГ
СГ
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. При колебаниях струи 6 между приемными каналами 8 и 9 воздух проходит в канал 5 одновременно к датчику 18, эжектору 21 и измерительному соплу 3 и выходит в атмосферу через измерительный зазор L. При этом индикатор 19, подключенный через датчик 18 к струйному генератору 1, фиксирует частоту пневмоимпульсов струйного генератора 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 5 вырабатывается сигнал давления удвоенной частоты f=2 f по сравнению с частотой f, вырабатываемой струйным генератором 1 в каналах 14, 15 обратной связи (f - частота сигнала СГ прототипа).
0
пр
непр
min
max
непр
1
0
1
x
1
0
0
1
x
min
max
При первоначальной настройке (без подключения эжектора) измерения границ отклонения номинального размера L в виде отклонений (проходной L и непроходной L) и допуска по чертежу фиксируются частотные границы f и f более точным устройством (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.
0
min
max
max
min
С помощью механического перемещения сопла 3, а также давлением (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 при измерении отклонения размера детали.
Настройка работы предложенного устройства с включенным в работу эжектора 21 сводится к небольшой частотной корректировке показаний границ измерения отклонения размера детали 16.
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.