ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована для измерения размеров различных изделий с помощью промышленных роботов, на металлорежущих станках с ЧПУ и в других машинах с программным управлением.
Измерительные головки, аналогичные предлагаемой, известны. К ним относятся, в частности, электроконтактные головки БВ-4272, описанные в работе «Либерман Я.Л., Тимашев С.А. Состояние и перспективы развития средств контроля и диагностики в станках с ЧПУ: - М., 1987/ВНИИТЭМР; Серия 8; Вып.8» (рис.9). Основными элементами в них являются электроконтактный датчик и подпружиненный измерительный щуп, размещенные в общем корпусе и соединенные друг с другом. Головка используется совместно с системой цифрового отсчета координат рабочего органа машины (такая система, как правило, содержит кодовый датчик положения рабочего органа или счетно-импульсный преобразователь «перемещение - код»), при этом она закрепляется в захватном устройстве промышленного робота или инструментодержателе станка. Для измерения размера изделия головка с помощью приводов промышленного робота или станка подводится к изделию, размер которого должен быть измерен, до соприкосновения с ним щупа. Когда щуп касается изделия, электроконтактный датчик выдает команду в систему отсчета координат рабочего органа (захватного устройства или инструментодержателя) машины, и с кодового датчика положения или счетно-импульсного преобразователя считывается код. Этот код является цифровым эквивалентом измеряемого размера и результатом измерения.
Электроконтактные измерительные головки, подобные БВ-4272, довольно просты, однако имеют ряд недостатков. К ним относятся: недостаточно высокая долговечность, что обусловлено эрозионным износом и окислением входящих в них датчиков, и недостаточно высокая точность
измерения, что вызвано наличием погрешности формирования и исполнения команды на отсчет перемещения или положения рабочего органа машины и дискретностью указанного отсчета (всякая цифровая система имеет погрешность дискретизации или квантования измеряемого или управляемого параметра).
Отмеченных недостатков, в определенной степени, лишена измерительная головка, защищенная авторским свидетельством СССР №1599646, кл 5 G01В 7/02, принятая нами за прототип. В этой головке электроконтактный датчик заменен бесконтактным - автогенераторным, работающим на основе использования явления срыва генерации электромагнитных колебаний. Также датчики практически не изнашиваются, а потому головка с их применением обладает намного более высокой долговечностью и надежностью. Головка - прототип содержит корпус, закрепленный в нем с помощью вставной гильзы подпружиненный измерительный щуп и неподвижно установленные бесконтактные датчики. На конце щупа, обращенном в сторону датчиков (к их торцам), закреплен электропроводный диск, обеспечивающий возможность взаимодействия датчиков и щупа. На диске имеется секторный вырез, благодаря которому торец одного из датчиков перекрывается диском либо полностью, либо на определенную часть. Вставная гильза головки снабжена червячным колесом, а в корпусе установлен червяк, находящийся с этим колесом в зацеплении.
Головка может эксплуатироваться в двух режимах - в режиме допускового контроля (проверки попадания размера изделия в определенной интервал) и в режиме измерения размера. В режиме измерения размера ее используют совместно с системой цифрового отсчета координат машины следующим образом. Головку устанавливают в захватное устройство робота или инструментодержатель станка с ЧПУ, а затем настраивают по эталонному изделию, размер которого известен. Для этого рабочий орган машины (захватное устройство или инструментодержатель) с головкой с помощью привода рабочего органа машины подводят к изделию и
перемещают, нажимая измерительным щупом на изделие и сжимая подпружинивающую подвеску щупа до момента, когда сработает один из датчиков. При этом, поворачивая гильзу со щупом и диском с помощью червячной передачи устанавливают перекрытие торца этого датчика таким, чтобы срабатывание (формирование команды) датчика пришлось на середину одной из дискрет (одного из квантов) системы цифрового отсчета координат рабочего органа машины. Код этой дискреты (или кванта) принимают за результат измерения эталонного размера. После настройки головку уже можно применять для измерения обычных, неэталонных изделий. Ее подводят к изделию так же, как при настройке, до срабатывания (выдачи команды) того же датчика, по этой команде производят считывание кода с системы цифрового отсчета перемещения рабочего органа машины. Зная цену дискреты (кванта) перемещения и сравнивая полученный код с кодом эталонного размера, находят отклонение фактического размера изделия от эталонного и/или его абсолютное значение.
В процессе использования головки - прототипа из-за нестабильности срабатывания автогенераторного датчика (а абсолютно стабильным оно в принципе быть не может) команда на считывание кода с кодового датчика положения или преобразователя перемещение - код, имеющегося в системе цифрового отсчета перемещений рабочего органа машины, также оказывается нестабильной. Это влечет за собой одну погрешность измерения размера изделия. Поскольку самой системе цифрового отсчета перемещений рабочего органа машины, в котором закреплена головка, присуща погрешность дискретизации или квантования (при описанной настройке головки она минимальна, но все же равна половине дискреты) возникает вторая погрешность измерения изделия. Обe эти погрешности суммируются и обусловливают общую погрешность измерения. Последняя определяет точность измерения размеров с помощью головки - прототипа. Указанная точность во многих практических случаях оказывается вполне
удовлетворительной. Однако в случае прецизионных измерений она, как правило, недостаточна.
В связи с изложенным, задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения размеров, позволяющее применять головку как для грубых, так и для прецизионных измерений.
Достигается решение задачи за счет того, что измерительная головка, содержащая корпус, закрепленный в нем подпружиненный измерительный щуп и бесконтактный датчик, размещенный в корпусе с возможностью взаимодействия со щупом, снабжена разрезным пружинным кольцом с лимбом, установленным в корпусе с натягом на микрометрической резьбе, датчик выполнен аналоговым и снабжен измерительным штоком, установленным с возможностью соприкосновения с измерительным щупом, причем размещен датчик в корпусе с возможностью осевого перемещения разрезным пружинным кольцом.
На фиг.1 показана конструкция предлагаемой измерительной головки, а на фиг.2 и фиг.3 - ее сечения А-А и Б-Б. Головка содержит цилиндрический корпус 1, выполненный в виде стакана из немагнитного материала. Внутри корпуса по скользящей посадке с возможностью осевого перемещения размещен аналоговый, в частности, дифференциальный индуктивный датчик 2, имеющий также форму цилиндра. Датчик состоит из магнитопровода 3 с обмотками 4 и 5, измерительного штока 6, установленного также по скользящей посадке внутри магнитопровода 3, двух якорей 7 и 8, закрепленных на штоке 6, крышки 9, представляющей собой установленную на резьбе донную часть датчика 2, и пружины 10, расположенной между крышкой 9 и якорем 8. Для подвода электропитания и отвода выходного сигнала датчика 2 в магнитопроводе 3 выполнено отверстие 11, через которое пропускаются провода (на фигуре 1 не показаны), подключаемые к обмоткам 4 и 5. На внутренней поверхности корпуса 1 со стороны крышки 9 нарезана микрометрическая резьба с шагом 0,3 мм. С помощью этой резьбы в корпус 1 ввинчено разрезное пружинное
кольцо 12 (при ввинчивании оно должно быть несколько сжато, что обеспечивает его установку с натягом), на торцевой поверхности которого имеется цифровой лимб 13. Со стороны, противоположной донной части датчика 2 в корпусе 1 головки закреплен подпружиненный измерительный щуп 14. Он установлен на плоской пружине 15 типа мембраны, которая выполнена с возможностью деформирования осевой нагрузкой или изгибающим моментом (это, в частности, мембрана с кольцевыми вырезами).
Один конец щупа 14 предназначен для взаимодействия с измеряемым изделием, другой - для соприкосновения с измерительным штоком 6 - с его концом, противоположным донной части датчика 2 (соприкосновение осуществляется через втулку 16, установленную на конце штока 6 и имеющую коническое углубление, но может быть выполнено и с помощью иных конструктивных элементов).
Перед использованием измерительной головки вначале подбирают пружину 10 так, чтобы ее жесткость по крайне мере вдвое превышала жесткость мембраны 15. Затем, предварительно преградуировав датчик 2 и закрепив головку в захватном устройстве, рабочего органа машины, головку настраивают по эталонному изделию. Для этого, отсчитывая перемещение по лимбу 13, разрезное кольцо 12 вворачивают в корпус 1, смещая датчик 2 до тех пор, пока он не деформирует мембрану 15 так, как показано на фиг.1. Далее, перемещая головку с помощью приводов машины, ее вводят в соприкосновение с эталонной деталью и сообщают ей дополнительное перемещение, создающее выходной сигал головки, близкий к нулю. После этого, поворачивая разрезное кольцо 12 и смещая датчик 2 в осевом направлении, устанавливают значение выходного сигнала датчика 2 в точности равное нулю (для этого иногда требуется повторить указанную операцию 3-5 раз).
Настроив головку по эталонному изделию, далее уже можно измерять и обычные, неэталонные изделия. Для этого достаточно устанавливать
измерительную головку с помощью приводов рабочего органа машины в то же положение, при котором производилась точная настройка нуля, и считывать выходной сигнал с датчика 2. Результат в единицах градуировки датчика будет показывать отклонение измеряемого размера от эталонного значения и/или его абсолютное значение. При этом погрешность измерения не будет включать в себя погрешность дискретности (квантования) системы цифрового отсчета перемещений (координат) рабочего органа машины, а будет определяться только погрешностью датчика 2. В результате точность измерения с помощью предлагаемой измерительной головки, по сравнению с головкой - прототипом окажется выше в 2-3 раза.