Устройство для определения координат центра отверстия

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для определения пространственного положения центра отверстия измеряемого объекта в заданной системе координат, с помощью координатно-измерительной системы на базе лазерного трекера, в частности для контроля сборочной оснастки, в ее затененных, труднодоступных и стесненных местах.
Известен «Целевой адаптер» (Патент US 5119564, МПК G01C 15/0, опубл. 1992.06.09), который предназначен для использования с теодолитными или фотограмметрическими оптическими целями, который включает в себя базовую часть в форме сферического сегмента, снабженного цилиндрической частью, выполненной со стороны плоской внутренней части сегмента и имеющей центрально расположенный коаксиальный цилиндр для размещения в нем цели, причем цель имеет такие размеры, что она будет концентрической с центром сферы и основана на размерах сегмента сферы, составляющей базовую часть целевого адаптера.
Недостатком данного целевого адаптера является то, что центр цели или сферического отражателя имеет смещение на радиус сферического сегмента целевого адаптера, при этом пространственные координаты точки пересечения оси и плоскости основания вписанного в измеряемое отверстие цилиндра, далее плоскость основания измеряемого отверстия, остается неизвестным. Данный адаптер не подходит для измерения отверстий больших диаметров и координат их центров, что сужает диапазон измерений и приводит к снижению функциональных возможностей этого адаптера. Дополнительным недостатком адаптера является невозможность размещения его в труднодоступных и стесненных местах из-за больших габаритов заявленного адаптера. Так же данное устройство не позволяет определять координаты точек на оси измеряемого отверстия в затененных, стесненных местах, что ограничивает область применения и снижает эффективность целевого адаптера.
Известен «Адаптер лазерного трекера для точного измерения шарнира в производстве самолета» (Патент KR 101106051, МПК G01B 11/00, дата приоритета 2004-02-17, опубл. 2012.01.18), который состоит из измерительного стержня, установленного в отверстие шарнира, на обоих концах которого вставлены магнитные подставки со сферическим отражателем.
Недостатками данного адаптера является то, что два сферических отражателя должны быть в зоне прямой видимости лазерного трекера, что трудно достичь в стесненных условиях. Дополнительный недостаток адаптера в том, что он подходит только для определения положения оси измеряемого отверстия малого диаметра, при этом пространственные координаты до точки пересечения плоскости основания измеряемого отверстия и оси измеряемого отверстия, остаются неопределенными, что ограничивает его функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является «Векторный целевой инструмент для лазерного измерения пространственного положения отверстия» (Патент CN 201548203; МПК G01B 11/00; дата приоритета 20.11.2009, опубл. 11.08.2010), который содержит два сферических отражателя для лазерных измерений. Векторный целевой инструмент характеризуется тем, что он содержит магнитные подставки со сферическими отражателями и с помощью лазерного измерителя может определять положение осевой линии и плоскости основания измеряемого отверстия, путем измерения координат центров сферических отражателей, помещенных на магнитные подставки.
Недостатком «Векторного целевого инструмента для лазерного измерения пространственного положения отверстия» является невозможность проводить измерения в скрытых, стесненных и труднодоступных условиях из-за больших габаритов заявленного устройства при которых оба сферических отражателя не находятся в зоне видимости луча лазерного измерителя, а, следовательно, и невозможность определения пространственного положения отверстия в затененных, труднодоступных и стесненных местах, что снижает функциональные возможности векторного целевого инструмента. Так же недостатком являются конструктивные особенности векторного целевого инструмента, при которых центра сферических отражателей не располагаются на оси цилиндрического пальца из-за магнитных подставок, вставленных в отверстия векторного целевого инструмента, что приводит к погрешностям измерения, а значит снижению точности. Дополнительные вычисления значения смещения между положением плоскости основания вписанного в измеряемое отверстие цилиндра, далее плоскость основания измеряемого отверстия, и центром сферического отражателя приводит к дополнительным трудозатратам и снижению точности измерения, что в целом ведет к ограничению функциональных возможностей векторного целевого инструмента.
Решаемой задачей предполагаемой полезной модели является повышение точности устройства для определения координат центра отверстия в заданной системе координат в затененных, труднодоступных и стесненных местах.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства для определения координат центра отверстия в заданной системе координат в затененных, труднодоступных, стесненных местах за счет повышения точности измерения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения координат центра отверстия, состоящем из прямоугольной пластины, на которой расположен цилиндрический палец по нормали к ее поверхности и отверстия с магнитом под сферический отражатель, согласно которому цилиндрический палец выполнен с двухсторонними лысками, причем плоскости их параллельны плоскостям торцевых граней прямоугольной пластины, на которой со стороны цилиндрического пальца выполнено, по меньшей мере, одно отверстие конической формы с магнитом для удерживания сферического отражателя, который установлен в плоскости основания измеряемого отверстия с возможностью фиксации произвольного поворота на углы, относительно центра измеряемого отверстия, с перемещением, соответствующим максимально разнесенным между собой точкам по дуге окружности, причем плоскость, на которой расположен палец, совмещена с плоскостью основания измеряемого отверстия.
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи, где: на фиг. 1 показано в изометрии устройство для определения координат центра отверстия;
на фиг. 2 показано устройство для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки при измерении отверстия малого диаметра;
на фиг. 3 показан разрез А-А устройства для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки при измерении отверстия малого диаметра - вид снизу;
на фиг. 4 показано в изометрии устройство для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки и лазерным трекером при измерении отверстия малого диаметра;
на фиг. 5 показано устройство для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки при измерении отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится снаружи измеряемого отверстия;
на фиг. 6 показан разрез Б-Б устройства для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки при измерении отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится снаружи измеряемого отверстия - вид снизу;
на фиг. 7 показано в изометрии устройство для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки и лазерным трекером при измерении отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится снаружи измеряемого отверстия;
на фиг. 8 показано устройство для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки при измерении отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится внутри измеряемого отверстия;
на фиг. 9 показан разрез В-В устройства для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки при измерении отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится внутри измеряемого отверстия - вид снизу;
на фиг. 10 показано в изометрии устройство для определения координат центра отверстия с элементом сборочной оснастки и лазерным трекером при измерении отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится внутри измеряемого отверстия, где:
1 - прямоугольная пластина;
2 - цилиндрический палец;
3 - магнит;
4 - сферический отражатель;
5 - лазерный трекер;
6 - элемент сборочной оснастки;
7 - лазерный луч;
R - радиус дуги окружности, которую описывает сферический отражатель при различных углах поворота устройства при измерении отверстия малого диаметра;
1
R - радиус дуги окружности, которую описывает сферический отражатель при различных углах поворота устройства при измерении отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится снаружи измеряемого отверстия;
2
R - радиус измеряемого отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится снаружи измеряемого отверстия;
3
R - радиус дуги окружности, которую описывает сферический отражатель при различных углах поворота устройства при измерении отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится внутри измеряемого отверстия;
4
R - радиус измеряемого отверстия большого диаметра, когда сферический отражатель находится внутри измеряемого отверстия;
D - малый диаметр измеряемого отверстия;
1
D - диаметр конического отверстия под сферический отражатель.
1
1
1
3
Устройство для определения координат центра отверстия, состоящее из прямоугольной пластины 1, на которой расположен цилиндрический палец 2 по нормали к ее поверхности и отверстия диаметром D с магнитом 3 под сферический отражатель 4, при этом, цилиндрический палец 2 выполнен с двухсторонними лысками, причем плоскости их параллельны плоскостям торцевых граней прямоугольной пластины 1, на которой со стороны цилиндрического пальца 2 выполнено, по меньшей мере, одно отверстие диаметром D конической формы с магнитом 3 для удерживания сферического отражателя 4, который установлен в плоскости основания измеряемого отверстия с возможностью фиксации произвольного поворота на углы, относительно центра измеряемого отверстия, с перемещением, соответствующим максимально разнесенным между собой точкам по дуге окружности радиусом R, R R, причем плоскость, на которой расположен палец 2, совмещена с плоскостью основания измеряемого отверстия.
1
2
4
2
4
1
3
Например, в качестве измерителя используют лазерный трекер 5 координатно-измерительной системы. Лазерный трекер 5 позиционируют возле измеряемого отверстия элемента сборочной оснастки 6, излучаемый трекером 5 лазерный луч 7 направляют в центр сферического отражателя 4, причем последний устанавливают в плоскости основания измеряемого отверстия с помощью магнита 3, который удерживает сферический отражатель 4 в коническом отверстии диаметром D устройства, состоящего из прямоугольной пластины 1, на которой расположен цилиндрический палец 2 с двухсторонними лысками. Далее, если измеряемое отверстие малого диаметра D (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4), то в него вставляют по скользящей посадке цилиндрический палец 2, если отверстие большого диаметра с радиусом R, R (Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 8, Фиг. 9, Фиг. 10), то плоскость лыски цилиндрического пальца прижимают к поверхности цилиндрической части измеряемого отверстия радиусом R, R, а плоскость, на которой расположен палец 2, совмещают с плоскостью основания измеряемого отверстия. При этом устройство со сферическим отражателем 4 произвольно поворачивают на углы, относительно центра измеряемого отверстия, с перемещением, соответствующим максимально разнесенным между собой точкам по дуге окружности радиусом R, R, R.
2
4
1
3
1
2
4
2
4
1
3
1
3
1
3
1
3
В качестве измерителя используют лазерный трекер 5 координатно-измерительной системы, который позиционируют возле измеряемого отверстия малого диаметра D (Фиг. 2, Фиг. 3) или большого диаметра с радиусом R, R (Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 8, Фиг. 9, Фиг. 10) и направляют излучаемый им лазерный луч 7 в центр сферического отражателя 4. Отражаясь, лазерный луч 7 от сферического отражателя 4, возвращается обратно в объектив лазерного трекера 5, после чего с учетом двух углов и расстояния между ними вычисляют координатно-измерительной системой лазерного трекера 5 текущие пространственные координаты центра сферического отражателя 4, являющегося первой точкой лежащей на дуге окружности радиусом R, R, R. Причем сферический отражатель 4 удерживается с помощью магнита 3 в коническом отверстии диаметром D устройства и фиксируется с возможностью произвольного поворота на углы с перемещением. При этом устройство состоит из прямоугольной пластины 1 с цилиндрическим пальцем 2 расположенным по нормали к плоскости пластины. Цилиндрический палец 2 выполнен с двухсторонними лысками, плоскости, которых параллельны плоскостям торцевых граней прямоугольной пластины 1. Далее, если измеряемое отверстие малого диаметра D, то в него вставляют по скользящей посадке цилиндрический палец 2, если отверстие большого диаметра с радиусом R, R, то плоскость лыски цилиндрического пальца прижимают к поверхности цилиндрической части измеряемого отверстия радиусом R, R (Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 8, Фиг. 9, Фиг. 10), а плоскость, на которой расположен палец 2, совмещают с плоскостью основания измеряемого отверстия. Затем сферический отражатель 4 произвольно поворачивают на различные углы в плоскости основания измеряемого отверстия вместе с пластиной 1, при этом перемещая сферический отражатель 4 по дуге окружности радиуса R, R, R относительно центра измеряемого отверстия и определяют измерением лазерного трекера 5 координаты второй точки, так необходимо определить пространственные координаты не менее трех точек, лежащих на дуге окружности радиуса R, R, R, в заданной конструктором системе координат, в которой центр сферического отражателя 4 описывает при различных углах поворота устройства указанную дугу. Все измеренные точки должны быть максимально разнесенными между собой по дуге окружности радиусом R, R R. Далее с помощью программного обеспечения координатно-измерительной системы, по этим точкам строят окружность радиусом R, R, R и определяют пространственные координаты ее центра, являющегося центром отверстия.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, заявленная полезная модель позволяет за одно поворотное движение устройства, определять с минимальным смещением от плоскости основания измеряемого отверстия, координаты центра отверстия в затененных, труднодоступных и стесненных местах, где отсутствует возможность размещения в измеряемом отверстии магнитной подставки со сферическим отражателем. Использование заявляемого устройства позволяет свести к минимуму погрешности измерения центра отверстия, снижению трудоемкости, повышению производительности с одновременным повышением надежности измерения, а в целом к расширению функциональных возможностей устройства.