устройство для измерения внутреннего диаметра тонкостенной цилиндрической детали

Формула изобретения

1. Устройство для измерения внутреннего диаметра тонкостенной цилиндрической детали, выполненное в виде емкостного датчика, образованного двумя изолированными токопроводящими пластинами, присоединенными к измерителю емкости, соединенному с регистрирующим устройством, отличающееся тем, что пластины выполнены в виде колец, концентрично установленных в корпусе из электроизоляционного материала и раздвинутых одно от другого в осевом направлении, нижнее из которых предназначено для установки на него торца детали, а верхнее кольцо расположено внутри детали с радиальным зазором от ее внутренней поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено направляющей цилиндрической втулкой, концентрично установленной на нижнем кольце.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что втулка выполнена токопроводящей.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внутренний диаметр нижнего кольца меньше наружного диаметра верхнего кольца на 1÷3 величины радиального зазора между внутренним диаметром втулки и наружным диаметром верхнего кольца.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроизоляционным материалом является оргстекло.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что корпус установлен на стойках, закрепленных на основании.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что стойки и основание выполнены из электроизоляционного материала.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что электроизоляционным материалом является оргстекло.

9. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что над верхним кольцом установлен заземленный экранный электрод.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что экранный электрод выполнен из фольгированного стеклотекстолита.

11. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что в качестве регистрирующего устройства использован персональный компьютер с программой калибровки и обработки результатов измерений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для измерения внутреннего диаметра тонкостенных цилиндрических оболочек и может быть использовано в промышленности при проверке качества серийных изделий.

Известны конструкции емкостных преобразователей для измерения линейных размеров (Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб.пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние. 1983. - С.131-149).

Известно устройство для измерения внутреннего диаметра в виде емкостного преобразователя из нескольких изолированных электродов, размещенных вблизи измеряемой поверхности по диаметру детали, связанных электрической цепью с измерительными и регистрирующими приборами (Патент Великобритании GB 648981 от 17.01.1951, МПК G 01 B 7/13). Однако такое устройство не дает необходимой точности при измерении внутреннего диаметра тонкостенной цилиндрической детали из-за ее возможной эллиптичности и волнистости поверхности.

Наиболее близким к изобретению является известное устройство для измерения размеров, в частности, внутренних диаметров деталей, функционирующее на принципе емкостного преобразователя, электроды которого соединены с электрической схемой, соединенной с регистрирующим устройством (Патент Великобритании GB 638115 от 31.05.1950, МПК G 01 B 7/13). Один или несколько электродов устройства с плоской, цилиндрической или сферической мерительной поверхностью установлены в электроизолированном корпусе вблизи цилиндрической поверхности измеряемой детали по измеряемому диаметру. Величина емкости между электродами и внутренней цилиндрической поверхностью преобразуется электрической схемой и регистрирующим устройством в величину измеряемого диаметра.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно не позволяет точно измерить внутренний диаметр тонкостенных деталей с соотношением диаметра к толщине порядка 1:1000, не имеющих, как правило, правильной цилиндрической формы, а обладающим эллипсностью и волнистостью поверхности из-за действия внутренних напряжений или недостаточно высокого качества изготовления.

Задача изобретения повышение точности измерения внутреннего диаметра тонкостенных цилиндрических деталей в промышленном производстве.

Для решения поставленной задачи в устройстве для измерения внутреннего диаметра тонкостенной цилиндрической детали, выполненном в виде емкостного датчика, образованного двумя изолированными токопроводящими пластинами, подсоединенными к измерителю емкости, соединенному с регистрирующим устройством, пластины выполнены в виде колец, концентрично установленных в корпусе из электроизоляционного материала и раздвинутых одно от другого в осевом направлении, нижнее из которых предназначено для установки на него торца детали, а верхнее кольцо расположено внутри детали с радиальным зазором от ее внутренней поверхности.

Дополнительно, устройство снабжено направляющей цилиндрической втулкой, концентрично установленной на нижнем кольце.

Кроме того, в устройстве втулка выполнена токопроводящей.

Дополнительно, в устройстве внутренний диаметр нижнего кольца меньше наружного диаметра верхнего кольца на 1÷3 величины радиального зазора между внутренним диаметром втулки и наружным диаметром верхнего кольца.

Кроме того, в устройстве корпус установлен на стойках, закрепленных на основании. Дополнительно, в устройстве стойки и основание выполнены из электроизоляционного материала.

Кроме того, в устройстве электроизоляционным материалом является оргстекло. Дополнительно в устройстве над верхним кольцом установлен заземленный экранный электрод.

Кроме того, в устройстве экранный электрод выполнен в виде кольца из фольгированного стеклотексталита.

Дополнительно в устройстве в качестве регистрирующего прибора использован персональный компьютер с программой калибровки и обработки результатов измерений.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в том, что точность измерения внутреннего диаметра тонкостенных цилиндрических деталей в промышленном производстве повышается, независимо от квалификации оператора и упрощается процедура измерения.

На чертеже схематично изображен фронтальный разрез устройства, подсоединенного к измерителю емкости, соединенному с регистрирующим устройством.

Устройство для измерения внутреннего диаметра на чертеже содержит корпус 1 из электроизоляционного материала, оргстекла, на котором установлены токопроводящие пластины в виде верхнего кольца 2, закрепленного винтами 3, и нижнего кольца 4, закрепленного винтами 5. Верхнее кольцо 2 двумя экранированными кабелями 6, а нижнее кольцо 4 двумя экранированными кабелями 7 через разъемы X1, Х2, Х3, Х4 соединены с измерителем емкости 8, связанным кабелем 9 с регистрирующим устройством 10. В качестве измерителя емкости на чертеже показан стандартный измеритель «R,L,C», а в качестве регистрирующего устройства показан персональный компьютер с программой калибровки и обработки результатов измерения емкости в значения внутренних диаметров измеренных деталей. На нижнем кольце 4 установлена токопроводящая втулка 11. Корпус 1 винтами 12 закреплен на четырех стойках 13, выполненных из оргстекла. Стойки 13 закреплены винтами 14 на основании 15, выполненном из оргстекла. Над верхним кольцом 2 установлен заземленный экранный электрод, выполненный в виде кольца 17 из фольгированного стеклотекстолита.

Внутренний диаметр D₁ нижнего кольца 4 выполнен меньше наружного диаметра D₂ верхнего кольца 2 на 1-3 величины радиального зазора между внутренним диаметром D₃ втулки 11 и наружным диаметром D ₂ верхнего кольца 2, т.е. выполняется соотношение:

D₂-D₁=(1÷3)·(D ₃-D₂)/2

Внутрь втулки 11 устанавливается измеряемая деталь 16, например, в виде ступенчатой цилиндрической оболочки, которая торцом опирается на нижнее кольцо 4. Работа устройства осуществляется следующим образом. Перед началом измерений осуществляют калибровку устройства в конкретных условиях измерения по температуре и влажности окружающей среды, которую проводят по калибрам для выбранного диапазона измерений внутренних диаметров. Необходимость калибровки устройства перед началом серии измерений связана с тем, что изменение относительной диэлектрической проницаемости окружающей среды, которая определяет величину емкости устройства и ее соответствие калибровочному диаметру, вызывается изменениями температуры, относительной влажности и атмосферного давления от нормальных условий. Для калибровки устройства два калибра, соответствующие выбранному диапазону измерений, последовательно устанавливают торцом на нижнее кольцо 4 и выполняют измерение емкости между кольцами 2 и 4 в нескольких положениях калибра по азимуту относительно устройства, включив на компьютере 10 режим «калибровка». Для этого установленный на кольцо 4 калибр поворачивают, например, против часовой стрелки, не прерывая контакта с кольцом 4 на некоторый угол (например, для 4-х измерений, примерно, на 90°). Полученные данные обрабатываются в компьютере в калибровочную кривую, по которой в дальнейшем автоматически компьютер определяет соответствие измеренных емкостей внутренним диаметрам промеренных деталей.

После калибровки измеряемая деталь устанавливается торцом на нижнюю пластину 4 и измерителем емкости 8 определяется емкость между кольцами 2 и 4, значению которой по калибровочной кривой компьютер определяет внутренний диаметр детали. Для повышения точности и стабильности результатов определение емкости выполняется в нескольких положениях детали по азимуту относительно устройства, после обработки этих измерений компьютер автоматически определяет внутренний диаметр детали.

Направляющая цилиндрическая втулка 11 позволяет выправить в некоторых пределах искажения формы тонкостенной детали и обеспечивает центровку детали относительно верхнего кольца, что увеличивает точность измерений.

Соотношение диаметров верхнего кольца 2, нижнего кольца 4 и втулки 11 обеспечивает стабильность зависимости тарировочной характеристики устройства в диапазоне измерений.

Выполнение корпуса 1, стоек 13 и основания 15 из оргстекла обеспечивает стабильность результатов измерений.

Использование в качестве регистрирующего прибора компьютера позволяет осуществлять калибровку прибора и измерение серий деталей в полуавтоматическом режиме, записывать и обрабатывать результаты измерений, что значительно упрощает процесс измерений и делает его пригодным для серийного производства.