оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей

Формула изобретения

ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ, содержащее оптико-механический блок задания размера, состоящий из конуса, установленного перпендикулярно оптической оси с возможностью осевого перемещения, двух рычагов одинаковой длины, установленных на общей оси и касающихся поверхности конуса, пружины, соединяющей свободные концы рычагов, и преобразователь положения кромки детали, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, преобразователь положения кромки выполнен в виде волоконно-оптической вилки, одни концы световодов которой собраны в жгут, двух объективов, закрепленных вместе со свободными концами световодов на свободных концах соответствующих рычагов, и линейной шкалы, расположенной со стороны жгута световодов с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическим устройствам для измерения и контроля крупногабаритных деталей.

Известно устройство, реализующее дистанционный оптический способ измерения диаметров днищ химнефтеаппаратуры больших размеров [1] основанный на измерении углов охвата контролируемой детали с помощью теодолита. Этот способ позволяет контролировать детали как в нагретом состоянии так и в холодном.

Устройству, реализующему этот способ, присущи следующие недостатки: сложность процесса измерения, поскольку необходимо вращение теодолита вокруг оси от одного края детали до другого; сложность определения линейной величины отклонения от номинального размера, так как необходимы операции вычисления для определения результатов измерения; при измерении необходимо останавливать фланжмашину и отводить валки, что усложняет технологический процесс гибки.

Устройство, реализующее этот способ, выбрано в качестве базового объекта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является оптико-электронное устройство для измерения диаметров нагретых крупногабаритных деталей [2] которое выбрано в качестве прототипа. Это устройство содержит сканирующий блок, фотоприемник, электронный блок обработки измерительной информации, блок задания размера, состоящий из конуса, установленного в направляющих с возможностью осевого перемещения с помощью винтовой передачи, двух рычагов одинаковой длины, обхватывающих конус и закрепленных на общей оси, двух планок, установленных на общей оси, расположенной от оси рычагов на расстоянии, равном длине рычага, и соприкасающихся внутренними поверхностями с концами рычагов, пружины, соединяющей свободные концы планок, и двух зеркал, закрепленных неподвижно. Это устройство позволяет контролировать детали, изготавливаемые только в нагретом состоянии.

Это устройство обладает следующими недостатками:

сложность конструкции, установки и юстировки зеркал в блоке задания размера; сложность обслуживания зеркал (например, удаление пыли); наличие двух шарниров, которые являются источниками люфтов, а следовательно, и погрешностей, кроме того, кинематическая схема устройства с шарнирами усложняет конструкцию.

Цель изобретения упрощение конструкции устройства для измерения деталей, изготавливаемых в холодном и нагретом состояниях.

Это достигается тем, что оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей, содержащее оптико-механический блок задания размера, состоящий из конуса, установленного перпендикулярно оптической оси с возможностью осевого перемещения, двух рычагов одинаковой длины, установленных на общей оси, касающихся поверхности конуса, пружины, соединяющей свободные концы рычагов, и преобразователь положения кромки детали, выполненный в виде волоконно-оптической вилки, одни концы световодов которой собраны в жгут, двух объективов, закрепленных вместе со свободными концами световодов на свободных концах соответствующих рычагов, и линейной шкалы, расположенной со стороны жгута световодов с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси.

Применение волоконно-оптической вилки с ориентированными световодами, свободные концы которой закреплены на свободных концах рычагов, позволяет исключить зеркала. Замена зеркал исключает необходимость в юстировочных операциях, что упрощает сборку устройства, а также его обслуживание. Использование волоконно-оптической вилки позволяет обойтись одним шарниром и уменьшить тем самым люфты, а следовательно, и погрешности измерения.

На фиг. 1, 2 представлено устройство; на фиг. 3 изображения краев детали на спаренных концах световодов.

Устройство содержит оптико-механический блок задания размера, состоящий из конуса 1 с винтовой передачей, рычагов 2, закрепленных на общей оси, пружины 3, стягивающей свободные концы рычагов, двух объективов 4, формирующих изображения краев детали на торцах двух ориентированных световодов 5, передающих изображения этих краев.

Выходные концы световодов 5 соединены вместе и установлены неподвижно, а входные концы вместе с объективами 4 закреплены на свободных концах рычагов 2. Световоды 5 обpазуют волоконно-оптическую вилку, которая совмещает изображения краев детали. Напротив выходных торцов световодов 5 установлена шкала 6 с линейными делениями. Конус 1, перемещаемый винтовой передачей (фиг.2), позволяет в сечении на уровне рычагов задавать окружность заданного размера R_i.

Устройство работает следующим образом. При настройке оптико-механического блока на номинальный размер измеряемого изделия винтовая передача осуществляет перемещение конуса 1, которое определяется выражением:

S t где t шаг резьбы;

угол поворота винта.

Конус, в свою очередь, раздвигает рычаги 2 на угол

=2arcsin где угол конуса;

Н расстояние между осями конуса 1 и рычагов 2;

R_мин минимальный радиус конуса.

Концы рычагов 2 перемещаются по дуге окружности радиуса, равного длине рычага, причем осевое перемещение конуса линейно связано с радиусом сечения конуса R_iR_мин + Stg . Угол обхвата изделия номинального размера R_ном равен углу между рычагами 2, а следовательно, и между номинальным размером R_ном. изделия 7 и радиусом сечения конуса R_i будет также линейная зависимость, так как

sin ; sin ; R_ном R_i

D_ном=2 R_i=2 (R_min+Stg)

где А расстояние от устройства до изделия.

Величина R_ном. устанавливается с помощью винтовой передачи, которая может быть проградуирована непосредственно в величинах R_ном. При осевом перемещении конуса 1 раздвигаются (сдвигаются) концы рычагов 2, соединенные пружиной 3. При этом раздвигаются (сдвигаются) свободные концы световодов оптико-волоконной вилки 5 с объективами 4.

Отклонение размера изделия от номинального определяется по линейной шкале 6, расположенной напротив спаренных концов световодов 5. При расположении осей рычагов 2, конуса 1 и измеряемого изделия 7 в одной плоскости на торцах спаренных световодов 5 наблюдается сплошное изображение краев изделия с некоторым уменьшением, определяемым коэффициентом передачи объектива 4.

При номинальном размере изделия 7 на торцах спаренных концов световодов 5 наблюдается изображение участков краев изделия строго определенной ширины (фиг.3), определяемой коэффициентом передачи объектива 4. Напротив спаренных концов световодов 5 установлена линейная шкала 6 с возможностью перемещения и имеющая установочную и нулевую риски, расстояние между которыми равно ширине изображения при номинальном размере. Цена деления шкалы определяется коэффициентом передачи объектива 4. При измерении риска, помеченная стрелкой на линейной шкале 6, с помощью винтовой передачи совмещается с левым краем изображения, а по положению правой границы изображения определяется отклонение размера от номинального. На фиг. 4 изображен случай с размером изделия, большим номинального, а на фиг. 5 с размером меньше номинального; на фиг. 6 случай при смещении оси изделия от плоскости, проходящей через оси рычагов 2 и конуса 1.

При внедрении оптического устройства для измерения диаметров крупногабаритных деталей повышается точность их производства, а с повышением точности изготовления деталей повышается и производительность монтажных и сборочных работ при сборке химнефтеаппаратуры. Кроме того, при этом повышаются эксплуатационные характеристики химнефтеаппаратуры. При упрощении конструкции измерительного устройства сокращаются расходы на эксплуатацию и ремонт, а при массовом внедрении оптических измерительных устройств уменьшается их себестоимость.