УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА В ПРОЦЕССЕ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к устройствам, предназначенным для бесконтактного контроля размеров малых деталей в процессе токарной обработки.
Известно устройство, описанное в "Бесконтактный метод контроля деталей малых размеров и его реализация на примере стоматологического бора" [«Инновации в науке»: материалы X международной заочной научно-практической конференции. Часть I. (16 июля 2012 г.); [под ред. Я.А. Полонского]. Новосибирск: Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. - стр. 82-88].
Устройство содержит корпус, затененную шахту, соосные установочные отверстия, лазер, микросхему с ПЗС-матрицей, порт питания микросхемы и порт питания лазера.
Указанное устройство пригодно для измерения ограниченного диапазона измеряемых диаметров, а также не предназначено для измерения деталей в процессе токарной обработки.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Устройство для бесконтактного измерения малых диаметров» [Пат. РФ на пол. модель 153620 Российская Федерация, МПК G01B 11/08. Устройство для бесконтактного измерения малых диаметров / Табекина Н.А., Чепчуров М.С., Архипова Н.А., Тетерина И.А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" - №2014149933/28; заявл. 10.12.14; опубл. 27.07.15, Бюл. №21].
Устройство для бесконтактного измерения малых диаметров включает разъемный корпус с расположенной в нем затененной шахтой, имеющей соосные с корпусом установочные отверстия; лазер; две подвижные платы с размещенными на них видеоматрицами и блок обработки информации. Подвижность плат обеспечивается за счет кинематической связи каждой из них с соответствующей частью ходового винта, снабженного с разных сторон рукояткой управления и энкодером.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: корпус, камера, лазер, плата, видеоматрица, блок обработки информации.
Недостатком прототипа является его недостаточная эффективность при контроле диаметров партии деталей, а также неспособность обеспечить стабильность диаметров обрабатываемых деталей. Указанный недостаток связан с отсутствием связи с процессом токарной обработки, а именно - с системой управления станка для корректировки процесса токарной обработки.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества изготавливаемых деталей за счет технического эффекта, выражающегося в возможности получения в процессе токарной обработки деталей постоянного диаметра.
Это достигается тем, что устройство для измерения деталей малого диаметра в процессе токарной обработки включает корпус, камеру, с расположенными в ней видеоматрицей и блоком обработки информации, лазер. В предложенном решении корпус выполнен в виде скобы, состоящей из основания с отверстиями для крепежных элементов, и двух выступов -нижнего с жестко закрепленным инфракрасным лазером и верхнего, на котором размещена камера, снабженная форсунками.
Форма скобы позволяет обеспечить открытый доступ к измеряемой детали в процессе токарной обработки и разместить деталь между инфракрасным лазером и камерой.
Использование инфракрасного лазера в качестве излучателя позволяет исключить влияние на процесс измерения смазочно-охлаждающей жидкости, поступающей в процессе токарной обработки.
Наличие форсунок на стенках камеры устройства обеспечит удобство отвода стружки и смазочно-охлаждающей жидкости от видеоматрицы для надежной и стабильной работы контрольно-измерительного устройства в процессе токарной обработки.
Совокупность представленных конструктивных признаков обеспечивает возможность получения в процессе токарной обработки деталей постоянного диаметра.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для измерения деталей малого диаметра в процессе токарной обработки; на фиг. 2 - схема системы контроля; на фиг. 3 - схема системы контроля с возможной сортировкой деталей.
Устройство для измерения деталей малого диаметра в процессе токарной обработки содержит корпус 1, который выполнен в виде скобы, состоящей из основания и двух выступов - верхнего и нижнего. На нижнем выступе корпуса 1 закреплена цанговая втулка 2, например, с помощью винтов. В цанговой втулке 2 зажат инфракрасный лазер 3, например, под действием зажимающей накидной гайки. На верхнем выступе, соосно с инфракрасным лазером 3 размещена камера 4, соединенная посредством крепежного элемента 5 с верхним выступом корпуса 1. В камере 4, по линии излучения лазера 3 располагается видеоматрица 6, установленная на плате 7, которая в свою очередь соединена с блоком обработки информации 8. При этом в корпусе камеры 4 закреплены форсунки 9, например, посредством сварного соединения. В верхней части камеры 4 имеется отверстие 10 для вывода проводов питания платы 7. На основании корпуса 1 имеются отверстия 11 для крепежных элементов. Деталь малого диаметра 12 располагается между инфракрасным лазером 3 и камерой 4.
Устройство работает следующим образом. Непосредственно в процессе токарной обработки осуществляется процесс измерения детали при помощи данного устройства. Устройство для измерения деталей малого диаметра 12 в процессе токарной обработки фиксируется с помощью отверстий 11 для крепежных элементов, расположенных на основании корпуса 1 прибора на суппорт токарного станка (на фиг. не показано) и подводится к зоне токарной обработки детали, где постоянно происходит подача смазочно-охлаждающей жидкости и образовывается стружка. Форма корпуса в виде скобы с отверстиями 11 для крепежных элементов позволяет обеспечить свободный доступ к измеряемой детали 12 в процессе токарной обработки и разместить деталь между инфракрасным лазером 3 и камерой 4, соединенной посредством крепежного элемента 5 с верхним выступом корпуса 1. Соосность инфракрасного лазера 3 камере 4 обеспечивается посредством центрирующей цанговой втулки 2, закрепленной на нижнем выступе корпуса 1 и в которой зажат инфракрасный лазер 3. Использование инфракрасного лазера 3 в качестве излучателя позволяет исключить погрешность измерения, вызванную влиянием смазочно-охлаждающей жидкости, поступающей в процессе токарной обработки.
СТ
СТ
За счет засвечивания детали 12 излучением инфракрасного лазера 3 на видеоматрице 6, размещенной на плате 7, создается тень. Формируемое теневое изображение сканируется видеоматрицей 6 и передается в блок обработки информации (БОИ) 8, где обрабатывается значение полученного диаметра детали 12 и сравнивается с допустимыми величинами, далее сигнал поступает к персональному компьютеру (ПК) (фиг. 2) и позволяет наблюдать увеличенное изображение измеряемой детали. Затем подается команда в систему управления станка (СУ) для корректировки процесса токарной обработки детали и подналадки режущего инструмента, если величина ее диаметра больше максимально допустимого размера. Таким образом, связь БОИ с СУ позволит корректировать процесс токарной обработки детали, если величина ее диаметра будет превышать максимально допустимый размер.
В корпусе камеры 4 размещены форсунки 9, по которым подается сжатый воздух для отвода смазочно-охлаждающей жидкости и твердых частиц от видеоматрицы 6, тем самым предусматривается защита основной зоны измерения во время токарной обработки. Нахождение рационального размещения форсунок 9 выполняется посредством программной системы конечно-элементного анализа.
Для обеспечения работы устройства через отверстие 10 выводятся провода питания платы 7.
Диапазон измеряемых размеров деталей ограничивается шириной видеоматрицы, используемой в устройстве.
СТ
КСА
Как вариант компоновки системы контроля в процессе токарной обработки можно также рассмотреть следующую систему: полученный сигнал от видеоматрицы передается в БОИ, далее в ПК, а затем - подается команда в СУ, либо - в блок управления контрольно-сортировочным автоматом (БУ) Для направления деталей в соответствующий размерный поток (фиг. 3). Таким образом, предусматривается возможность оперативного контроля деталей малого диаметров в процессе токарной обработки и сортировки их на размерные группы, что может повысить эффективность производства за счет снижения потерь от брака, получая при этом качественную продукцию.
Таким образом, совокупность представленных конструктивных признаков устройства позволит обеспечить возможность получения в процессе токарной обработки деталей постоянного диаметра за счет конструкции устройства, а также активного бесконтактного контроля и возможности корректировки процесса токарной обработки деталей и подналадки режущего инструмента, производимой при помощи связи с системой управления станка.
Помимо этого, повышается эффективность производства за счет совмещения времени контроля и обработки, что ведет к сокращению общего времени технологического процесса изготовления деталей.