устройство для измерения наружного диаметра тонкостенной цилиндрической детали

Формула изобретения

1. Устройство для измерения наружного диаметра тонкостенной цилиндрической детали, выполненное в виде емкостного датчика, образованного двумя изолированными токопроводящими пластинами, выполненными в виде колец, концентрично установленных в корпусе из электроизоляционного материала и раздвинутых одно относительно другого в осевом направлении, нижнее из которых предназначено для установки на него торца детали, подсоединенными к измерителю емкости, соединенному с регистрирующим устройством, отличающееся тем, что внутренний диаметр верхнего кольца больше наружного диаметра нижнего кольца, при этом верхнее кольцо расположено снаружи детали с радиальным зазором от ее наружной поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что над верхним кольцом на торце корпуса установлен экранный электрод, соединенный с измеряемой деталью.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соосное расположение измеряемой наружной поверхности детали и внутренней поверхности верхнего измерительного кольца достигается за счет высокой точности изготовления корпуса, цилиндрической втулки и верхнего кольца.

Описание изобретения к патенту

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

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 С01В 7/13). Однако такое устройство не дает необходимой точности при измерении диаметра тонкостенной цилиндрической детали из-за ее возможной эллиптичности и волнистости поверхности.

Известно устройство для измерения 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 С01В 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 такого устройства состоит в том, что оно не позволяет точно измерить внутренний диаметр тонкостенных деталей с отношением диаметра к толщине порядка 1:1000, не имеющих, как правило, правильной цилиндрической формы, а обладающих эллипсностью и волнистостью поверхности из-за действия внутренних напряжений или недостаточно высокого качества изготовления.

Наиболее близким к изобретению является известное устройство для измерения внутреннего диаметра тонкостенной цилиндрической детали (патент RU 2272989 С1 от 15.07.2004 г., МПК G01B 7/13), выполненное в виде емкостного датчика, образованного двумя плоскими токопроводящими пластинами в виде колец, концентрично установленных в корпусе из электроизоляционного материала и раздвинутых одно от другого в осевом направлении, присоединенными к измерителю емкости, соединенному с регистрирующим устройством. Нижнее кольцо предназначено для установки на него торца детали, а верхнее кольцо расположено внутри детали с радиальным зазором от ее внутренней поверхности. Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет измерять наружный диаметр тонкостенной цилиндрической детали.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для измерения диаметра тонкостенных цилиндрических деталей.

Решение этой задачи достигается тем, что в устройстве для измерения наружного диаметра тонкостенной цилиндрической детали, выполненном в виде емкостного датчика, образованного двумя изолированными токопроводящими пластинами, выполненными в виде колец, концентрично установленных в корпусе из электроизоляционного материала и раздвинутых одно относительно другого в осевом направлении, нижнее из которых предназначено для установки на него торца детали, подсоединенными к измерителю емкости, соединенному с регистрирующим устройством, внутренний диаметр верхнего кольца больше наружного диаметра нижнего кольца, при этом верхнее кольцо расположено снаружи детали с радиальным зазором от ее наружной поверхности.

Дополнительно над верхним кольцом на торце корпуса установлен экранный электрод, соединенный с измеряемой деталью.

Дополнительно соосное расположение измеряемой наружной поверхности детали и внутренней поверхности верхнего измерительного кольца достигается за счет высокой точности изготовления корпуса, цилиндрической втулки и верхнего кольца.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, состоит в повышении точности измерения наружного диаметра тонкостенных цилиндрических деталей в промышленном производстве независимо от квалификации оператора и упрощении процесса измерения.

На чертеже схематично изображен разрез устройства для измерения наружного диаметра тонкостенной цилиндрической детали, подсоединенного к измерителю емкости, соединенному с регистрирующим устройством.

Устройство для измерения наружного диаметра состоит из корпуса 1, изготовленного из электроизоляционного материала, в который установлены токопроводящие пластины в виде верхнего измерительного кольца 2, закрепленного винтами 3, и нижнего кольца 4, закрепленного винтами 5, при этом внутренний диаметр верхнего кольца 2 больше наружного диаметра нижнего кольца 4. Верхнее кольцо 2 двумя экранированными кабелями 6 и нижнее кольцо 4 двумя экранированными кабелями 7 через разъемы X1, Х2, ХЗ, Х4 соединены с измерителем емкости 8, связанным кабелем 9 с регистрирующим устройством 10. В качестве измерителя емкости показан стандартный измеритель RLC, а в качестве регистрирующего устройства показан персональный компьютер с программой калибровки и обработки результатов измерения емкости в значения наружных диаметров измеряемых деталей. На нижнем кольце 4 установлена токопроводящая направляющая цилиндрическая втулка 11, наружный диаметр которой меньше наружного диаметра нижнего кольца 4. Корпус 1 винтами 12 закреплен на 4 стойках 13, выполненных из оргстекла. Стойки 13 закреплены винтами 14 на основании 15, выполненном из оргстекла. Над верхним кольцом 2 на торце корпуса 1 установлен с радиальным зазором от наружной поверхности измеряемой детали экранный электрод, выполненный в виде кольца 16 из фольгированного текстолита. Экранный электрод соединен с измеряемой деталью кабелем 18 через винты 5, которыми крепится к корпусу 1 нижнее кольцо 4. Измеряемая деталь 17 в виде цилиндрической оболочки устанавливается в устройство через направляющую цилиндрическую втулку 11 и торцом опирается на нижнее кольцо 4, при этом верхнее кольцо 2 расположено снаружи детали 17 с радиальным зазором от ее наружной поверхности. Направляющая цилиндрическая втулка 11 позволяет выправить в определенных пределах отклонения формы тонкостенной детали 17 и обеспечивает центрирование детали относительно верхнего кольца 2. Соосное расположение измеряемой наружной поверхности детали 17 и внутренней поверхности верхнего измерительного кольца 2 достигается за счет высокой точности изготовления корпуса 1, цилиндрической втулки 11 и верхнего кольца 2.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерениями производят калибровку прибора ИДКТ в конкретных условиях измерения по температуре и влажности окружающей среды, которую проводят по двум калибрам для выбранного диапазона измерений наружных диаметров. Необходимость калибровки устройства 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 проведения измерений. Для калибровки устройства используются два калибра, которые последовательно устанавливают вместо направляющей цилиндрической втулки 11 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, не прерывая контакт с кольцом, в азимутальном направлении на некоторый угол (например, для 4-х измерений угол примерно равен 90°). По полученным данным в компьютере 10 рассчитывается калибровочная прямая, по которой в дальнейшем автоматически компьютер определяет соответствие измеренных емкостей внутренним диаметрам измеренных деталей.

По окончании калибровки измеряемая деталь 17 устанавливается торцом на нижнее кольцо 4 и измерителем емкости 8 определяется емкость между кольцами 2 и 4, по значению которой по калибровочной прямой персональный компьютер 10 определяет наружный диаметр детали. Для повышения стабильности результатов и уменьшения погрешности измерения определение емкости выполняется в нескольких положениях детали по азимуту относительно устройства, после обработки результатов этих измерений по среднеарифметическому значению емкости компьютер 10 автоматически определяет наружный диаметр детали 17.

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

Использование в качестве регистрирующего прибора компьютера 10 позволяет производить измерение серий деталей в полуавтоматическом режиме, записывать и обрабатывать результаты измерений, что упрощает процесс измерений и делает его пригодным для серийного производства.