УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СМЕЩЕНИЯ ОСИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КОЛЬЦЕВОГО МАГНИТА ОТНОСИТЕЛЬНО ЕГО ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОСИ

Полезная модель относится к измерительной технике и касается конструкции технологического оборудования для измерения величины смещения оси магнитного поля кольцевого магнита относительно его геометрической оси, что особенно актуально для магнитов верхней магнитной опоры вертикально вращающихся тел.
Известен стенд [1], устройство которого схематично показано на фиг.1. В нем аналогично магнитной подвеске вертикально вращающихся тел воспроизводится взаимное расположение кольцевого аксиально намагниченного магнита 1 с полюсным наконечником и взаимодействующей с ним ферромагнитной втулки 2, расположенной в верхней части трубы 3, имитирующей вертикально вращающееся тело. Труба-имитатор 3 имеет значительную массу и опорный узел 4 в нижней части, при этом имеется возможность обеспечить требуемый магнитный зазор Х между магнитом 1 с наконечником и ферромагнитной втулкой 2 с помощью микрометрического устройства 5. Стенд оборудован оптической трубой 6 с соответствующей сеткой делений и устройством подсветки 7, закрепленными на стальном корпусе 8, установленном на подставке 9. В верхней части корпуса 8 закреплена крышка 10 с цилиндрическим выступом 11 для установки магнита 1. Для работы на стенде требуются два человека. Первый вручную вращает на 360° контролируемый магнит 1, установленный на цилиндрическом выступе 11 крышки стенда. При этом ферромагнитная втулка 2, которая центрируется относительно магнитной оси магнита 1, перемещается вместе с его осью. Второй, наблюдатель, через оптическую трубу 6 реально видит и измеряет по делениям сетки величину отклонения боковой поверхности ферромагнитной втулки 2 от геометрической оси посадочной поверхности магнита 1. А боковая поверхность ферромагнитной втулки 2 соосна ее геометрической оси, которая перемещается вслед за осью магнитного поля магнита 1. То есть, смещение оси магнитного поля магнита 1 измеряется по смещению геометрической оси ферромагнитной втулки 2. При вращении вручную на 360° контролируемого магнита необходимо обеспечивать его радиальный прижим в одном избранном направлении, чтобы выбрать имеющийся радиальный зазор между посадочными поверхностями магнита и цилиндрического выступа 11 крышки стенда, на которой он установлен, иначе величина этого зазора будет влиять на точность измерений.
Недостатками конструкции стенда [1] являются необходимость наличия двух человек для работы на стенде, усталость глаз наблюдателя при длительной работе, зависимость точности измерений от особенностей зрения каждого конкретного человека, а также влияние радиального зазора между посадочными поверхностями магнита и крышки стенда на точность измерений, так как человеку при вращении вручную на 360° контролируемого магнита сложно обеспечивать его точный радиальный прижим в одном избранном направлении. Кроме того, массивность и инерционность трубы-имитатора снижает точность совпадения геометрической оси ферромагнитной втулки, установленной на трубе-имитаторе, с осью магнитного поля магнита. Все эти факторы в целом снижают производительность операции по контролю магнитов на этом стенде и точность измерений.
Известен стенд [2], схематично показанный на фиг.2, который, в отличие от стенда [1], оборудован другой системой измерения - двумя лазерными триангуляционными датчиками перемещения, обозначенными позициями 6 и 7. Датчики расположены под углом 90° друг к другу на стальном корпусе 8 стенда, стоящем на подставке 9, и подключены через соединительные кабели к персональному компьютеру (на фиг.2 не показаны) с соответствующим программным обеспечением. На крышке 10 стенда с цилиндрическим выступом 11 для установки магнита есть лимб с делениями от 0° до 360°. Датчики на корпусе стенда расположены так, что положение одного соответствует 0° на лимбе крышки стенда, а другого -270°. С помощью этой системы измерения величины перемещения ферромагнитной втулки оператор при вращении вручную на 360° контролируемого магнита наблюдает на экране монитора вращение виртуального вектора несоосности в декартовой системе координат, по осям которой расположены лазерные датчики 6 и 7. В соответствующих окнах на экране монитора показываются вычисляемые программой величины модуля и угла вектора несоосности.
Измерение величины смещения оси магнитного поля кольцевого магнита относительно его геометрической оси на этом стенде происходит следующим образом. Оператор, вручную вращая контролируемый магнит, приводит видимый на экране монитора вектор несоосности на полуось ближнюю к одному из датчиков, обеспечивая при этом радиальный прижим магнита в направлении оси этого датчика. На листе бумаги фиксируется величина измеренного модуля вектора несоосности. Далее магнит поворачивается на 180°. При этом прижим магнита остается в том же направлении. Фиксируется вторая величина измеренного модуля вектора несоосности. Затем проводят аналогичные замеры еще двух величин модуля вектора несоосности по оси другого датчика. Вычисляется средняя величина четырех модулей, которая и является искомой величиной вектора несоосности контролируемого магнита.
Недостатками конструкции стенда [2] являются сложность и длительное время проведения измерения, необходимость вычисления вручную средней величины четырех модулей несоосности. Кроме того, ему присущи такие же недостатки, как и стенду [1], а именно:
- влияние радиального зазора между посадочными поверхностями магнита и крышки стенда на точность измерений, так как человеку при вращении вручную на 360° контролируемого магнита сложно обеспечивать его точный радиальный прижим в двух избранных направлениях;
- массивность и инерционность трубы-имитатора снижает точность совпадения геометрической оси ферромагнитной втулки, установленной на трубе-имитаторе, с осью магнитного поля магнита.
В результате все эти факторы в целом также снижают производительность операции по контролю магнитов на этом стенде и точность измерений.
Наиболее близким решением - прототипом заявляемого является устройство для контроля кольцевых магнитов по магнитному полю [3], в котором ферромагнитная втулка соединена с основанием корпуса гибкой связью в виде трех нитей, благодаря чему прототип не имеет недостатка первых двух указанных стендов-аналогов, связанного с массивностью и инерционностью трубы-имитатора. Однако в описании патента [3] не содержится сведений об используемой измерительной системе.
Техническая задача, которая решается настоящей полезной моделью, состоит в создании устройства простой конструкции и одновременно обеспечивающего снижение временных затрат на операции по измерению величины смещения оси магнитного поля кольцевого магнита относительно его геометрической оси, снижение утомления обслуживающего персонала и уменьшение вероятности ошибок при измерениях, а также исключение влияния зазора в посадочном соединении магнита на вертикальном цилиндрическом выступе крышки на точность измерений.
Технический результат от использования предлагаемой конструкции заключается в повышении производительности на операции по измерению величины смещения оси магнитного поля кольцевого магнита относительно его геометрической оси, в удобстве и простоте проведения измерений, повышении точности измерений, что особенно актуально при крупносерийном производстве магнитов.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения величины смещения оси магнитного поля кольцевого магнита относительно его геометрической оси, содержащем немагнитный корпус с немагнитной крышкой, имеющей вертикальный цилиндрический выступ для установки контролируемого магнита с возможностью его вращения вокруг своей оси, оппозитно которому внутри корпуса расположена ферромагнитная втулка, и измерительную систему, фиксирующую отклонение геометрической оси ферромагнитной втулки от геометрической оси посадочной поверхности магнита при нахождении ферромагнитной втулки под воздействием магнитного поля на заданном осевом расстоянии от опорной поверхности магнита, причем ферромагнитная втулка соединена с корпусом тремя равномерно расположенными по окружности нерастяжимыми нитями, длина которых обеспечивает упомянутое заданное осевое расстояние, в отличие от прототипа, вертикальный цилиндрический выступ для установки контролируемого магнита имеет посадочную поверхность в виде трех фторопластовых направляющих, одна из которых подпружинена и имеет возможность перемещаться в направлении, перпендикулярном оси посадочной поверхности, а измерительная система состоит из объект-микрометра проходящего света, закрепленного на ферромагнитной втулке, и цифрового микроскопа, закрепленного внутри корпуса, подключенного кабелем к компьютеру и показывающего с увеличением на экране монитора отклонение шкалы объект-микрометра проходящего света.
На фиг.1 и 2, как было указано, схематично представлены конструкции стендов-аналогов [1] и [2] соответственно.
На фиг.3 схематично показана конструкция предлагаемого устройства для измерения величины смещения оси магнитного поля кольцевого магнита относительно его геометрической оси.
На фиг.4 показан вид на экране монитора шкалы объект-микрометра относительно неподвижной линии отсчета.
Предлагаемое устройство для измерения величины смещения оси магнитного поля кольцевого магнита относительно его геометрической оси содержит немагнитный корпус 1 с немагнитной крышкой 2, имеющей вертикальный цилиндрический выступ 3 для установки контролируемого магнита 4 с возможностью его вращения вокруг своей оси. Оппозитно магниту внутри корпуса 1 расположена ферромагнитная втулка 5. Измерительная система, фиксирует отклонение геометрической оси ферромагнитной втулки 5 от геометрической оси посадочной поверхности магнита 4 при нахождении ферромагнитной втулки под воздействием магнитного поля на заданном осевом расстоянии Х от опорной поверхности магнита. Ферромагнитная втулка 5 соединена с корпусом 1 тремя равномерно расположенными по окружности нерастяжимыми нитями 6, длина которых обеспечивает упомянутое заданное осевое расстояние при помощи регулировочного устройства 7. Измерительная система состоит из объект-микрометра проходящего света, например, типа ОМП-0,01, обозначенного позицией 8, закрепленного на ферромагнитной втулке 5, и цифрового микроскопа, например, типа Dino X Lite-AM-413МТ5, обозначенного позицией 9, закрепленного внутри корпуса 1, подключенного кабелем 10 к компьютеру и показывающего с пятисоткратным увеличением на экране монитора отклонение шкалы объект-микрометра 8. Объект-микрометр проходящего света ОМП-0,01 представляет собой линейную шкалу длиной 1 мм с делениями 0,01 мм, нанесенную на прозрачное предметное стекло и является принадлежностью различных оптических микроскопов. Вертикальный цилиндрический выступ 3 для установки контролируемого магнита 4 имеет посадочную поверхность в виде трех фторопластовых направляющих 11, одна из которых подпружинена и имеет возможность перемещаться в направлении перпендикулярном оси посадочной поверхности, тем самым выбирая нежелательный радиальный зазор.
Устройство работает следующим образом (см. фиг.3).
Сначала включается компьютер и цифровой микроскоп 9. Затем на цилиндрический выступ 3 крышки 2 устанавливают контролируемый магнит 4. Под воздействием силы притяжения магнита на ферромагнитную втулку 5 происходит ее подъем и натяжение трех нитей 6. При этом на экране монитора появляется с пятисоткратным увеличением изображение шкалы объект-микрометра 8 и неподвижной вертикальной линии, являющейся линией отсчета. Ее изображение входит в программное обеспечение цифрового микроскопа 9. Оператор вручную вращает на 360°° контролируемый магнит. При этом ферромагнитная втулка 5, которая центрируется относительно магнитной оси магнита 4, перемещается вместе с его осью, а вместе с втулкой перемещается шкала объект-микрометра. Оператор наблюдает на экране монитора (см. фиг.4) перемещение шкалы 1 объект-микрометра относительно линии отсчета 2 и измеряет искомую величину по делениям шкалы.
Таким образом, в устройстве согласно заявляемой полезной моделе, за счет использования предлагаемой измерительной системы повышается производительность на операции по измерению величины смещения оси магнитного поля кольцевого магнита относительно его геометрической оси, снижается утомление обслуживающего персонала и уменьшается вероятность ошибок при измерениях, а также исключается влияние зазора в посадочном соединении магнита на вертикальном цилиндрическом выступе крышки на точность измерений.
Источники информации:
1. Стенд определения параметров верхней магнитной опоры (ВМО). Руководство по эксплуатации 03108-0-00РЭ, Уральский электрохимический комбинат, 2002 г.
2. Руководство по эксплуатации стенда контроля несоосности геометрической и магнитной осей магнита 1670-82-0054РЭ, ЗАО «Центротех-ЭХ3», 2005 г.
3. Патент РФ №2437723 на изобретение «Устройство для контроля кольцевых магнитов по магнитному полю», ОАО «ПО ЭХ3», 2011 г. - прототип.