УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОСИ ОТВЕРСТИЯ ПРИ МОНТАЖЕ ШАРНИРНЫХ КРОНШТЕЙНОВ, С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНОГО ТРЕКЕРА
APPARATUS FOR DETERMINING SPATIAL POSITION OF AXIS OF HOLE WHEN MOUNTING HINGE BRACKETS, USING LASER TRACKER

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к устройствам для определения пространственных положений осей отверстий в шарнирных кронштейнах и может быть использовано для определения пространственного положения общей оси отверстий раздельных проушин шарнирного кронштейна в заданной системе координат, с помощью координатно-измерительной системы на базе лазерного трекера при выполнении монтажных работ сборочной оснастки.
Известен «Векторный целевой инструмент для лазерного измерения пространственного положения отверстия» (Патент CN 201548203; МПК G01B 11/00; дата приоритета 20.11.2009, опубл. 11.08.2010), который содержит два сферических отражателя для лазерных измерений. Векторный целевой инструмент характеризуется тем, что он содержит магнитные подставки со сферическими отражателями и с помощью лазерного измерителя может определять положение осевой линии и плоскости основания измеряемого отверстия, путем измерения координат центров сферических отражателей, помещенных на магнитные подставки.
Недостатком «Векторного целевого инструмента для лазерного измерения пространственного положения отверстия» является невозможность при одной установки векторного целевого инструмента проводить определение положения общей оси отверстий раздельных проушин шарнирного кронштейна друг относительно друга, что ведет к погрешностям положения осей отверстия в каждой проушине и соответственно к несоосности общей для них оси, что снижает точность и эффективность при монтаже шарнира и ведет к ограничению функциональных возможностей векторного целевого инструмента. Так же недостатком являются конструктивные особенности векторного целевого инструмента, при которых определение положения общей оси раздельных проушин шарнирного кронштейна требует дополнительные фиксирующие элементы, что трудозатратно и повышает экономическую составляющую, а также в целом ведет к снижению функциональных возможностей этого устройства.
Известно устройство, реализующее способ определения координат центра отверстия (Патент РФ№2667666; МПК G01B 11/03, G01B 11/12; опубл. 24.09.2018), состоящее из кронштейна с полками, на одной из которых по нормали к ее плоскости, расположена бобышка в виде цилиндрического пальца, вставленная в измеряемое отверстие с возможностью поворота относительно его оси, а на другой - отверстие под хвостовик магнитной подставки, при этом полки выполнены параллельными и на другой из двух параллельных полок, соединенных между собой третьей полкой расположено, по меньшей мере, одно отверстие, в котором установлен сферический отражатель на магнитной подставке в плоскости основания измеряемого отверстия и зафиксирован с возможностью произвольного поворота на углы с перемещением, относительно центра измеряемого отверстия, соответствующим максимально разнесенным между собой точкам по дуге окружности, причем плоскость, на которой расположена бобышка, совмещена с плоскостью основания измеряемого отверстия.
Недостатком устройства, реализующего способ определения координат центра отверстия, является повышенная трудоемкость определения положения осей отверстий, связанная с позиционированием элементов участвующих в этом процессе - бобышки и кронштейна с полками, так же это связано с операциями поворота устройства и набором точек по дуге окружности, что усложняет монтаж, невозможность определения положения общей оси отверстий раздельных проушин шарнирного кронштейна при одной установке устройства, приводит к погрешностям положения этих осей и, соответственно несоосности общей для них оси шарнирного кронштейна, что снижает точность и эффективность при монтаже шарнира, при этом требуются дополнительные фиксирующие элементы, соединяющие раздельные проушины в один пакет, что в целом приводит к снижению функциональных возможностей этого устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству и взятому в качестве прототипа является «Адаптер лазерного трекера для точного измерения шарнира в производстве самолета» (Патент KR 101106051, МПК G01B 11/00, дата приоритета 2004.02.17, опубл. 2012.01.18), который состоит из шарнирного кронштейна, лазерного трекера, измерительного стрежня установленного в отверстиях проушин шарнирного кронштейна, двух магнитных подставок со сферическими отражателями лазерного трекера, зафиксированных в отверстиях на обоих торцах измерительного стержня, в котором в просверленное отверстие в заданном положении между его концами вставлен фиксирующий штифт, контактирующий с входом в шарнирное отверстие.
Недостатком данного технического решения «Адаптера лазерного трекера для точного измерения шарнира в производстве самолета» является невысокая точность измерений положения оси отверстия шарнира с помощью измерительного стержня, из-за неучтенной погрешности положения осей отверстий в каждой из проушин шарнира и расстояния между их плоскостями, возникающей в процессе образования этих отверстий и плоскостей при их изготовлении, что существенно снижает точность и эффективность при монтаже шарнира, а в целом ведет к снижению функциональных возможностей устройства адаптера.
Решаемой задачей предполагаемого изобретения является создание простого, эффективного, устройства для определения пространственного положения общей оси отверстия при монтаже шарнирных кронштейнов, с помощью лазерного трекера в заданной системе координат, с расширенными функциональными возможностями и повышенной точностью определения при монтаже общей оси раздельных проушин шарнирного кронштейна.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности устройства для определения пространственного положения оси отверстия в шарнирных кронштейнах путем расширения функциональных возможностей за счет повышения точности.
Технический результат достигается тем, что в Устройстве для определения пространственного положения оси отверстия при монтаже шарнирных кронштейнов с помощью лазерного трекера, включающем шарнирный кронштейн, лазерный трекер, измерительный стержень, установленный в отверстиях проушин шарнирного кронштейна, две магнитные подставки, зафиксированные в отверстиях на обоих торцах измерительного стержня, со сферическими отражателями лазерного трекера, с центрами последних,  расположенными на оси шарнирного кронштейна, согласно которому, введены элементы соединения - шайба, гайка и плоский эталон номинальной толщины, который установлен между проушинами шарнирного кронштейна, расположенными на номинальном расстоянии соответствующем толщине плоского эталона, и имеющий отверстие, через которое вставлен измерительный стержень, на одном конце которого выполнен буртик, а на другом - резьба под гайку, при этом плоский эталон и проушины соединены и зафиксированы между собой в один пакет с помощью шайбы и гайки, расположенных на резьбовом конце измерительного стержня, причем этот пакет установлен в стакане на монтируемом изделии и зафиксирован с помощью цементной массы.
Новизна:
Заявленное техническое решение позволяет создать эффективное «Устройство для определения пространственного положения оси отверстия в шарнирных кронштейнах, с помощью лазерного трекера», благодаря конструктивным его особенностям, которые позволяют раздельные проушины шарнирного кронштейна зафиксировать между собой в один пакет, при этом плоский эталон номинальной толщины установлен между проушинами, расположенными на номинальном расстоянии друг от друга, соответствующем толщине плоского эталона, а измерительный стержень, установленный в отверстиях проушин шарнирного кронштейна позволяет определить пространственное положение общей оси отверстий проушин в заданной системе координат. Такое конструктивное решение ведет к повышению точности монтажа общей оси О-О проушин 3, 4 шарнирного кронштейна 2 и расширению функциональных возможностей устройства, а значит к повышению эффективности устройства в целом
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи, где:
на фиг. 1 показано заявленное устройство;
на фиг. 2 показан разрез А-А заявленного устройства с лазерным трекером;
на фиг. 3 показано в изометрии заявленное устройство в разнесенном виде;
на фиг. 4 показано в изометрии заявленное устройство с лазерным трекером, где:
1 - плоский эталон;
2 - шарнирный кронштейн;
3, 4 - раздельная проушина шарнирного кронштейна 2;
5 - измерительный стержень;
6, 7 - магнитная поставка;
8, 9 - сферический отражатель;
10 - гайка;
11 - шайба;
12 - лазерный трекер;
13 - стакан;
14 - монтируемое изделие (сборочная оснастка);
15 - фиксирующая специальная масса;
О-О - пространственная ось шарнирного кронштейна 2;
В - плоскость плоскостного эталона 1;
С - плоскость плоскостного эталона 7;
D - диаметр отверстия;
Е - толщина плоскостного эталона 1.
Выполнение определения пространственного положения оси отверстия при монтаже шарнирных кронштейнов:
Для определения пространственного положения оси О-О отверстия диаметром D при монтаже шарнирных кронштейнов 2 с помощью лазерного трекера 12, применяется устройство, включающее шарнирный кронштейн 2, лазерный трекер 12, измерительный стрежень 5, который устанавливают в отверстия проушин 3, 4 шарнирного кронштейна 2, две магнитные подставки 6, зафиксированные в отверстиях на обоих торцах измерительного стержня 5, 7 со сферическими отражателями 8, 9 лазерного трекера 12, с центрами последних, расположенными на оси шарнирного кронштейна 2. Лазерный трекер 12, позиционируют возле монтируемого изделия 14 и направляют излучаемый им лазерный луч в центр сферического отражателя 8. Лазерный луч, отражаясь от сферического отражателя 8, возвращается обратно в объектив лазерного трекера 12, после чего, с учетом расстояния между ними и двух углов и, вычисляют координатно-измерительной системой лазерного трекера 12, с высокой точностью, текущие пространственные координаты (X;Y;Z) центра сферического отражателя 8. После чего вводятся элементы соединения шайба 11, гайка 10 и плоский эталон 1 номинальной толщины Е, который располагают между двумя проушинами 3, 4 шарнирного кронштейна 2, так чтобы плоскости В, С плоского эталона 1 плотно соприкасались с плоскостями проушин 3, 4, за счет чего расстояние между проушинами соответствует номинальному расстоянию - толщине плоского эталона. Плоский эталон 1 имеет отверстие диаметром D, через которое вставляется измерительный стержень 5, на одном конце которого выполнен буртик, а на другом - резьба под гайку 10, при этом плоский эталон 1 и (две) проушины 3, 4 соединяют и фиксируют между собой в один пакет с помощью шайбы 11 и гайки 10, расположенных на резьбовом конце измерительного стержня 5, благодаря такому простому, но эффективному конструктивному решению заявленного устройства определяя и выставляя положение оси О-О шарнирного кронштейна 2, за счет определения координат центров сферических отражателей 8, 9, устанавливают этот пакет в стакане 13 на монтируемом изделии 14, и фиксируют с помощью специальной массы 15, например цементной. Такое конструктивное решение ведет к повышению точности монтажа общей оси О-О проушин 3, 4 шарнирного кронштейна 2 и расширению функциональных возможностей устройства, а значит к повышению эффективности устройства в целом.
По своим технико-экономическим преимуществам заявляемое техническое решение, по сравнению с известными аналогами, позволяет получить устройство для определения пространственного положения оси отверстия при монтаже шарнирных кронштейнов, с помощью лазерного трекера с расширенными функциональными возможностями и повышенной точностью при монтаже общей оси раздельных проушин шарнирного кронштейна в заданной системе координат, при этом конструкция заявленного устройства проста и эффективна за счет ввода элементов соединения - шайбы, гайки и плоского эталона номинальной толщины, который установлен между проушинами шарнирного кронштейна, за счет чего расстояние между проушинами соответствует номинальному расстоянию - толщине плоского эталона, и имеющий отверстие, через которое вставлен измерительный стержень, на одном конце которого выполнен буртик, а на другом - резьба под гайку, при этом плоский эталон и проушины соединены и зафиксированы между собой в один пакет с помощью шайбы и гайки, расположенных на резьбовом конце измерительного стержня, что позволяет отказаться от дополнительных фиксирующих элементов и расширить функциональные возможности за счет повышения точности при монтаже общей оси раздельных проушин шарнирного кронштейна из-за возможности корректировки положения общей оси и учтенного номинального расстояния между проушинами шарнирного кронштейна, что в целом приводит к повышению эффективности предполагаемого технического решения.