Оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей

Полезная модель относится к оптическим устройствам для измерения и контроля, а именно к устройствам для измерения геометрических параметров нагретых изделий, и может быть использована при производстве обечаек.
Известно оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий (патент № 2181190, МПК G01B 21/10, 30.07.1994), содержащее вибрационный сканатор, фотоприемник, усилитель фототока, блок автоматической регулировки усиления, триггер Шмитта, индикатор и блок автоматической стабилизации уровня шумов.
К причине, препятствующей достижению заданного технического результата данного устройства, относится громоздкость конструкции, вследствие чего ограничивается точность измерения ввиду большого влияния точности изготовления элементов устройства.
Из известных оптических устройств наиболее близким является оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей (патент № 2181190, МПК G01B 21/10, 10.04.2002), содержащее оптико-механический блок задания размера, состоящий из установленного с возможностью осевого перемещения конуса, рычага, первой пружины, обеспечивающей контакт свободного конца рычага с поверхностью конуса, и преобразователь положения кромки детали.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата данного устройства, относятся сложность конструкции, а именно трехмерная кинематическая схема, вследствие чего на точность задания размера оказывает влияние технологическая точность изготовления элементов устройства, а также сложность методологии настройки, что также оказывает влияние на точность измерения ввиду большого количества действий, выполняемых оператором визуально.
Техническим результатом является повышение точности устройства. Указанный технический результат достигается тем, что оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей содержит оптико-механический блок задания размера, состоящий из рычага, подпружиненного пружиной относительно подвижного основания, установленного с возможностью перемещения в вертикальных неподвижных направляющих с устройствами фиксации и отсчета величин перемещения, на котором расположены ось вращения рычага, механизм относительного вертикального перемещения, состоящий из винтового механизма, направляющего штока и подвижной каретки, и преобразователь положения кромки детали, причем механизм относительного вертикального перемещения установлен на свободном конце подвижного основания и дополнительно содержит шарнир, закрепленный на каретке, на котором установлен оптико-механический блок задания размера, дополнительно содержащий винтовое устройство с жестко закрепленным на нем плоским упором, соприкасающимся с рычагом.
Установка механизма относительного вертикального перемещения на свободном конце подвижного основания позволяет с помощью известных аналитических зависимостей оперативно выполнять установку устройства непосредственно на номинальный радиус детали без выполнения трудоемких предварительных визуально-оптических операций, что увеличивает общую точность измерения.
Установка оптико-механического блока задания размера, дополнительно содержащего винтовое устройство с жестко закрепленным на нем плоским упором, соприкасающимся с рычагом, на шарнире, закрепленном на каретке, упрощает кинематическую схему устройства, что позволяет увеличить точность базирования устройства за счет уменьшения количества люфтов, что, в свою очередь, увеличивает общую точность измерения.
На чертеже изображено оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей.
Оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей состоит из подвижного основания 1, на свободном конце которого установлен механизм относительного вертикального перемещения, состоящий из винтового механизма 2, направляющего штока 3 и подвижной каретки 4, вертикальное перемещение которой по штоку 3 осуществляется с помощью винтового механизма 2.
На каретке 4 закреплен шарнир 5, на котором закреплен оптико-механический блок задания размера, который содержит винтовое устройство 6 с жестко закрепленным на нем плоским упором 7, соприкасающимся с рычагом 8, который подпружинен пружиной 9 относительно подвижного основания 1, на котором закреплена ось вращения 10 рычага 8. На свободном конце рычага 8 установлен преобразователь положения кромки детали, состоящий из объектива 11, подключенного к входному торцу световода 12, и шкалы 13, установленной напротив выходного торца световода 12.
Подвижное основание 1 установлено с возможностью перемещения в вертикальных неподвижных направляющих 14 с устройствами фиксации и отсчета величин перемещения, позволяющими устанавливать подвижное основание 1 на заданную высоту H, при которой погрешность измерения от колебания обечайки с заданным диаметром изделия - D в валках минимальна.
Устройство работает следующим образом.
2
1
1
2
2
Перед измерением подвижное основание 1 с помощью вертикальных направляющих 14 устанавливается по известной зависимости от отношения высоты H к номинальному радиусу партии изделий на высоту H, при которой погрешность измерения минимальна. Далее осуществляется установка механизма относительного вертикального перемещения с помощью винтового механизма 2 на заданный номинальный радиус детали таким образом, чтобы ось детали O, ось вращения 10 рычага 8 и шарнир 6 находились на одной прямой. В этом случае треугольники ООВ и OOВбудут подобны. Из подобия треугольников следует соотношение:
,
где R - номинальный радиус детали, м;
Н - высота подъема основания 1, м;
l
2
L - расстояние от оси вращения 10 рычага 8 до оси детали О, м;
2
L - расстояние от шарнира 5 оси вращения 10 рычага 8, м.
1
1
1
1
2
2
После этого с помощью винтового устройства 6 рычаг 8 поднимается так, чтобы его центр совпадал с касательной к профилю измеряемой детали, при этом угол наклона рычага 8 совпадает с углом наклона радиуса детали, перпендикулярному касательной. Высота OА вычисляется исходя из подобия треугольников OOА и OOА:
.
Таким образом, угол установки рычага 8 совпадает с касательной к окружности обечайки номинального размера, т.е. осуществляется установка устройства на номинальный диаметр.
После этого, в процессе измерения детали, при вращении детали в валках край профиля проецируется объективом 11 на входной торец световода 12, и его изображение передается на выходной торец и проецируется на шкалу 13. Цена деления шкалы 13 определяется коэффициентом передачи объектива 11. Если деталь неправильной формы, точка касания меняет положение и процесс калибровки детали происходит до тех пор, пока колебания не станут меньше допуска в 1%. Если деталь имеет правильную форму, но размер не соответствует номинальному, то на шкале 13 будет видно постоянное отклонение.
Таким образом, установка механизма относительного вертикального перемещения, дополнительно содержащего шарнир 5, закрепленный на каретке 4, с установленным на нем оптико-механическим блоком задания размера, дополнительно содержащим винтовое устройство 6 с жестко закрепленным на нем плоским упором 7, соприкасающимся с рычагом 8, на свободном конце подвижного основания 1 позволяет увеличить точность измерения диаметров крупногабаритных деталей.