Установка для поверки и калибровки измерителей длины

Полезная модель относится к средствам для метрологической поверки измерителей длины и может использоваться в измерительной технике.
Известен универсальный метрологический геодезический стенд, представленный в п. РФ №2362978 по кл. G01C 25/00, з. 10.08.2006 г. оп.27.07.2009 г.
Известный стенд характеризуется следующей формулой:
Универсальный метрологический геодезический стенд, содержащий базисный блок, включающий ряд бетонных столбов с рельсами, на которых установлена каретка с инварным жезлом, и расположенный над рельсами отвесно и в одной вертикальной плоскости ряд микроскопов-микрометров, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок поверяемого прибора и блок линейного измерительного преобразователя, при этом в базисный блок дополнительно введены направляющая с дополнительным жезлом и кареткой, на которой укреплены отражатель опорного прибора, установленного на кронштейне, и уголковый отражатель, связанный визуально через систему зеркал с блоком поверяемого прибора, содержащим сам поверяемый прибор, опорный коллиматор и два автоколлиматора, направленные навстречу друг другу, измерительный преобразователь и ЭВМ, и с блоком линейного измерительного преобразователя, содержащим сам преобразователь, координатно-чувствительный фотодиод, установленный на каретке вместе с WEB-камерой, ЭВМ и одно из зеркал системы зеркал, а над дополнительным жезлом базисного блока установлены микроскопы с возможностью их перемещения, закреплены зеркала, а в самом жезле выполнены калиброванные отверстия.
Недостатком известного стенда является сложность конструкции. Кроме того, его недостатками являются
большая методическая погрешность измерения, связанная с необходимостью перестановки поверяемых КПиИС при исследовании метрологических характеристик;
ограниченное количество поверяемых точек в диапазоне измерения координат;
невозможность проверки короткопериодической погрешности КПиИС при определении координат Y и Z;
невозможность определения координат в рабочем диапазоне измерения;
невозможность с одной установки КПиИС проверить все метрологические характеристики.
Известен стенд для поверки и калибровки цифровых нивелиров и штрих-кодовых реек, представленный в одноименном патенте №2419766 по кл. G01C 5/00, 25/00, з. 01.12.2009 г. оп.27.05.2011 г.
Известный стенд характеризуется следующей формулой.
Стенд для поверки и калибровки нивелиров, штриховых и штрихкодовых реек, содержащий столбы, установленные на изолированном от пола фундаменте, на которых укреплены направляющие рельсы с установленной на них перемещающейся кареткой с отражателем лазерного интерферометра, а также поверяемой штрихкодовой рейкой и эталонной штрихкодовой рейкой, расположенными соосно и жестко соединенными пятками навстречу друг другу через блок эталонных концевых мер длины, винт микроперемещения, с помощью которого добиваются необходимого отсчета на дисплее нивелира, поворотное зеркало, выставленное под углом к плоскости шкалы горизонтально расположенных штрихкодовых реек, микроскоп-микрометр, нивелир и лазерный интерферометр, с которого считывают значение перемещения каретки, отличающийся тем, что в него дополнительно введены призма Ар-90° с зеркальным покрытием граней, жестко закрепленная диагональной гранью с поворотным зеркалом, автоколлиматор, сетка нитей которого совпадает с автоколлимационным изображением от зеркальной грани призмы Ар-90°, экзаменатор для наклона нивелира и зеркало, жестко закрепленное на неподвижной направляющей под углом 45° к поверяемой штрихкодовой рейке, в роли лазерного интерферометра использован лазерный трекер, отражатель которого имеет возможность базирования на поверхности поверяемой штрихкодовой рейки.
Недостатком известного стенда является сложность конструкции.
Известен стенд для поверки и калибровки цифровых нивелиров и штрихкодовых реек, описанный в п. РФ №2419070 по кл. G01C 5/00, 25/00, з. 28.11.2008 г. оп.20.05.2011 г.
Известный стенд характеризуется следующей формулой.
Стенд для поверки и калибровки штриховых и штрихкодовых реек, содержащий столбы, установленные на изолированном от пола фундаменте, на которых укреплены направляющие рельсы с установленной на них перемещающейся кареткой с поверяемой рейкой, нивелир, винт микроподачи, с помощью которого добиваются отсчета по шкале рейки на дисплее нивелира, и лазерный интерферометр, с которого считывают значение перемещения каретки, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок концевых эталонных мер длины, состоящий из трех равных по величине концевых эталонных мер длины, и эталонная штрихкодовая рейка, которая жестко соединена через блок концевых мер с поверяемой рейкой пятками навстречу друг другу.
Недостаток известного стенда заключается в следующем.
сложность конструкции (монументальность при установке без возможности транспортировки и смены локации);
наличие механических средств микроподачи;
дороговизна используемых решений в стенде.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является техническое решение, представленное в документе «Установки для измерения длины ЭлМетро-ЛИЗА» (см. Приложение к заявке).
Известное техническое решение выполнено следующим образом.
Конструктивно установка включает в себя рабочее место оператора с персональным компьютером, измерительный стол в виде горизонтально расположенной и установленной на равномерно разнесенных между собой элементах, прикрепленных к опорной поверхности, линейной части, установленной на равномерно расположенных стойках с регулируемыми опорами, подвижную каретку с кнопкой аварийной остановки, устройство натяжения рулетки, устройство перемещения рулетки, равномерно расположенные по всей длине стола измерительного цифровые термометры, устройство перемотки, поставляемое при заказе.
На поверхностях измерительного стола размещены прецизионные направляющие рельсы, предназначенные для перемещения подвижной каретки с помощью блоков направляющих, обеспечивающих точность и плавность хода.
Для рулеток измерительных, длина которых больше длины измерительного стола, в конструкции установки предусмотрено устройство перемотки (поставляется при заказе), которое состоит из барабана, закрепленного на установочном кронштейне, устройства фиксации рулеток и блока перекидного. Перематывающий барабан вмещает в себя до 100 метров длины рулетки измерительной.
Для обеспечения требуемых усилий натяжения рулетки измерительной в составе установки имеется устройство натяжения, которое включает в себя зажим, навеску, устройство крепления рулетки, блок перекидной. Рабочее усилие натяжения ленты рулетки измерительной при измерениях составляет (10±1) Н. Система, составляющая основу установки, состоит из прецизионного инкрементного преобразователя длины и аппаратно-программного интерфейса. Инкрементный преобразователь представляет собой магнитный бесконтактный измерительный преобразователь линейных перемещений (далее - БИПЛП), состоящий из прецизионной магнитной ленты, закрепленной на всей длине стола измерительного, с нанесенными на нее ферромагнитными штрихами с высокой точностью и считывающей указанные штрихи головки, жестко закрепленной на подвижной каретке.
Выходной сигнал с БИПЛП является управляющим сигналом для перемещения приводной рабочей каретки с закрепленным на ней устройством наблюдения и визуализации. Данное устройство представляет собой жестко закрепленный узел, состоящий из двух координатных столов и цифровой камеры с 10-кратным увеличением. Камера транслирует увеличенное изображение части шкалы, штрихов и контролируемых интервалов поверяемого средства измерения. На мониторе персонального компьютера формируется изображение участка шкалы средства измерения.
Внешний вид установки и отдельных ее узлов представлен на рисунках 1, 2 и 3. (см. Приложение к заявке).
Недостатком известной установки является следующее.
В известной установке измерительный стол в виде линейной части установлен на снабженных регулируемыми опорами равномерно расположенных стойках, которые соединены между собой только в верхней их части, что при их недостаточной жесткости требует наличия ровного бетонного пола, поскольку возможные колебания нижней части опор на неровностях пола увеличивают погрешность поверки и калибровки. А также одним из существенных недостатков технического решения данного является отсутствие возможности закрепления стенда на вертикальную поверхность (стену).
Задачей является снижение погрешности поверки и калибровки при расширении эксплуатационных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в установке для поверки и калибровки измерителей длины, содержащей измерительный стол в виде горизонтально расположенной линейной части с размещенными на ней на прецизионных направляющих рельсах кареткой с возможностью перемещения, снабженной кнопкой аварийной остановки, отсчетным устройством, представляющим собой прецизионный сервопривод, устройством, с которого считывают значение перемещения каретки, выполненным в виде цифровой камеры с увеличением и с возможностью связи его с устройством управления, эталонной меры длины в виде прецизионного инкрементного магнитного бесконтактного преобразователя перемещений, закрепленного на все длине измерительного стола и связанного с кареткой и представляющего собой магнитную ленту с нанесенными на нее ферромагнитными штрихами, расположенную вдоль линейной части, и считывающей головки, жестко закрепленной на каретке, при этом для обеспечения требуемых усилий натяжения рулетки имеется устройство крепления рулетки, устройство ее натяжения с зажимом и навеской и перекидной блок, а для рулеток с длиной, большей длины измерительного стола - устройство перемотки, включающее в себя барабан и второй перекидной блок, также расположенные на линейной части, при этом измерительный стол соединен с опорной поверхностью посредством системы крепления из равноразнесенных между собой элементов, одна часть которых прикреплена к нижней поверхности измерительного стола, а вторая часть - к опорной поверхности, согласно полезной модели, система крепления выполнена жесткой из конструкционного алюминиевого профиля.
При этом элементы системы крепления могут быть выполнены в виде вертикально расположенных стоек, соединенных между собой в их верхней части нижней поверхностью измерительного стола, а в их нижней части скрепленных между собой горизонтальной планкой с образованием жесткого каркаса из прямоугольных замкнутых ячеек и прикрепленных к горизонтальным регулируемым опорам, жестко связанным с горизонтально расположенной опорной поверхностью либо в виде кронштейнов, прикрепленных к нижней поверхности измерительного стола и жестко прикрепленных к вертикально расположенной опорной поверхности.
Выполнение системы крепления жесткой из конструкционного алюминиевого профиля позволяет исключить возможные колебания измерительного стола неровностях опорной поверхности, что снижает погрешность поверки и калибровки, и дает возможность производить поверку в любых помещениях, где нет горизонтальной опоры в виде бетонного (очень ровного) пола и даже с вертикальной опорной поверхностью.
Технический результат - снижение погрешности поверки и калибровки при расширении эксплуатационных возможностей.
Заявляемая установка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение системы крепления измерительного стола к опорной поверхности жесткой из конструкционного алюминиевого профиля, обеспечивающими достижение заданного технического результата.
Установка может найти применение в измерительной технике для поверки и калибровки измерителей длины и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где показаны
на фиг. 1 - общий вид выполнения установки по п. 2 формулы;
на фиг. 2 - общий вид выполнения установки по п. 3 формулы.
Установка для поверки и калибровки измерителей длины содержит измерительный стол 1, соединенный с опорной поверхностью 2 посредством системы крепления из равно разнесенных между собой элементов 3, одна часть которых прикреплена к нижней поверхности измерительного стола 1, а вторая часть - к опорной поверхности 2. При этом измерительный стол 1 выполнен в виде горизонтально расположенной линейной части с размещенными на ней на прецизионных направляющих рельсах 4 кареткой 5 с возможностью перемещения, снабженной кнопкой 6 аварийной остановки, и с поверяемым измерительным элементом - рулеткой 7. Также на линейной части 1 размещены отсчетное устройство 8, представляющее собой прецизионный сервопривод, устройство 9, с которого считывают значение перемещения каретки 5, выполненное в виде цифровой камеры с увеличением. Здесь же расположены эталонная мера 10 длины в виде прецизионного инкрементного магнитного бесконтактного преобразователя перемещений, связанного с кареткой 5 и представляющего собой магнитную ленту с нанесенными на нее ферро-магнитными штрихами, расположенную вдоль линейной части 1, и считывающая головка 11, жестко закрепленная на каретке 5.
При этом для обеспечения требуемых усилий натяжения рулетки 7 имеется устройство 12 для ее крепления, устройство ее натяжения с зажимом 13 и навеской 14 и перекидной блок 15. Для рулеток с длиной, большей длины измерительного стола 1 имеется устройство перемотки, включающее в себя барабан 16 и второй перекидной блок 17, также расположенные на линейной части.
Устройство 9, с которого считывают значение перемещения каретки, выполненное в виде цифровой камеры с увеличением, имеет выход для связи с устройством 18 управления, представляющим собой персональный компьютер 19 с монитором 20 и аппаратно-программным интерфейсом, а прецизионный сервопривод имеет вход для приема сигнала с выхода компьютера 19 для начала перемещения каретки 5 по измерительному столу 1.
Измерительный стол 1 соединен с опорной поверхностью 2 посредством системы крепления из равно разнесенных между собой элементов 3, одна часть которых прикреплена к нижней поверхности измерительного стола, а вторая часть - к опорной поверхности, причем система крепления выполнена жесткой из конструкционного алюминиевого профиля.
По всей длине измерительного стола 1 расположены цифровые датчики 21 температуры и индуктивные датчики 22, служащие соответственно для контроля температуры и фиксации крайних положений каретки 5 (начальное - нулевое и конечное - крайнее).
При этом элементы 3 системы крепления могут быть выполнены в виде вертикально расположенных стоек, соединенных между собой в их верхней части нижней поверхностью измерительного стола 1, а в их нижней части скрепленных между собой горизонтальной планкой 23 с образованием жесткого каркаса из прямоугольных замкнутых ячеек и прикрепленных к горизонтальным регулируемым опорам 24, жестко связанным с горизонтально расположенной опорной поверхностью 2'.
Кроме того, элементы 3 системы крепления могут быть выполнены в виде кронштейнов 25, жестко прикрепленных одной (горизонтальной) частью к нижней поверхности измерительного стола 1, а второй (вертикальной) частью жестко прикрепленных к вертикально расположенной опорной поверхности 2.
Установка работает следующим образом.
Принцип действия установок основан на сличении шкалы поверяемых средств измерений с показаниями прецизионного инкрементного преобразователя перемещений при помощи аппаратно-программного интерфейса.
В качестве эталонного средства измерений в установках использован преобразователь линейных перемещений.
Оператор включает компьютер 19 и передает с него сигнал запуска на прецизионный сервопривод 8 отсчетного устройства, приводящий в движение каретку 5 с цифровой камерой 9 и перемещение ее вдоль поверяемого измерителя длины - рулетки 7. Камера 9 транслирует увеличенное изображение части шкалы, штрихов и контролируемых интервалов поверяемого средства измерения. На мониторе персонального компьютера 19 формируется изображение участка шкалы поверяемого средства измерения. При этом с цифровой камеры 9 считываются значения с поверяемой рулетки 7, а с устройств 9 и 10 - перемещение каретки и передаются на устройство управления - персональный компьютер 19, где специализированное ПО производит математический расчет погрешности измерения в каждой точке и заносит в базу данных точки измерения и расчетные данные в пройденных точках.
При этом требуемое натяжение рулетки 7 обеспечивается устройством 12 для ее крепления, устройством ее натяжения с зажимом 13 и навеской 14 и перекидным блоком 15. Для рулеток с длиной, большей длины измерительного стола 1, имеется устройство перемотки, включающее в себя барабан 16 и второй перекидной блок 17, также расположенные на линейной части. При перекладке рулетки 7 происходит автоматический учет накопленной погрешности измерения в конце каждого отрезка равного длине мерительного участка стола.
Эталонная мера 10 длины в виде магнитной ленты с ферромагнитными штрихами позволяет производить относительные измерения длины из произвольного положения каретки с дискретностью 0,02 мм. Программное обеспечение установки (далее ПО) устанавливается на персональный компьютер (ПК) 19 системы управления установками. ПО осуществляет общее управление узлами установки, автоматический сбор и математическую обработку результатов измерений, а также архивирование результатов измерений. В архивной базе ПО предусмотрена возможность хранения результатов измерений и информации о поверяемом средстве измерений с привязкой к заводскому номеру. Обмен данными между ПК 19 и подвижной кареткой 5 производится по протоколу ModBus/RTU.
Метрологически значимая часть ПО, производящая основные вычисления, выделена в отдельную библиотеку.
В сравнении с прототипом заявляемая установка имеет за счет более жесткой конструкции меньшую погрешность поверки и калибровки и более широкие эксплуатационные возможности в плане использования опорной площади.