Головка для контроля размеров

В заявке предлагается контрольная головка, содержащая корпус, закрепленные в нем два пороговых автогенераторных датчика и установленный на плоских пружинах измерительный шток, снабженная электропроводным имеющим секторный вырез диском, закрепленным на конце штока, обращенном к датчикам, с возможностью взаимодействия с датчиками перпендикулярно их осям, и цилиндрической гильзой, размещенной в корпусе, в которой плоские пружины прикреплены к внутренней стенке свободными концами. Головка снабжена поворотным шаговым микроприводом и зубчатой передачей «шестерня-колесо», оси которой параллельны оси гильзы, причем гильза установлена в корпусе на безлюфтных подшипниках качения, шестерня закреплена на выходном валу микропривода, а колесо жестко присоединено к гильзе соосно с ней. Отличительной особенностью головки является то, что в нее дополнительно включен потенциометрический датчик положения гильзы, преобразователь «код-напряжение», генератор импульсов и поляризованное реле. Положение гильзы и диска при настройке головки программируется через преобразователь «код-напряжение», реле сравнивает напряжение на его выходе с напряжением, снимаемым с потенциометра, и управляет микроприводом, вращающим гильзу.

Предлагаемая полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для допускового контроля размеров в координатно-измерительных машинах, контрольно-сортировочных автоматах и в системах активного контроля размеров в машиностроении.

Головки, аналогичные предлагаемой, известны. К ним относится, в частности, головка для допускового контроля размеров, защищенная авторским свидетельством СССР 1599646, кл. 5 G01В 7/02, 1990. Эта головка построена на двух бесконтактных автогенераторных датчиках. Такие датчики практически не изнашиваются, а потому головка с их применением обладает довольно высокой долговечностью. Указанная головка содержит цилиндрический корпус, выполненный в виде стакана, в донную часть которого ввинчены два бесконтактных автогенераторных пороговых датчика, зафиксированных гайками и закрытых кожухом. В корпусе установлена с возможностью поворота вокруг своей оси цилиндрическая гильза, к внутренней стенке которой прикреплены свободными концами плоские пружины. На этих пружинах установлен измерительный шток с наконечником. На другом конце штока закреплен перпендикулярно его оси электропроводный диск с секторным вырезом. Гильза прикреплена к червячному колесу, а в корпусе размещен червяк, взаимодействующий с этим колесом. Для предотвращения самопроизвольного осевого смещения и проворота гильза фиксирована относительно корпуса накидной гайкой. Перед проведением измерений торцевые (активные) поверхности пороговых датчиков располагают в одной плоскости таким образом, чтобы при полном перекрытии их дисков оба пороговых датчика срабатывали при одном и том же зазоре между датчиками и диском. Далее производится настройка головки на контролируемый допуск. Для этого с помощью червяка, вручную (используя например отвертку) поворачивают гильзу, уменьшая перекрытие активной поверхности одного из пороговых датчиков диском. Благодаря этому зазор, при котором будет срабатывать датчик с меньшим перекрытием его активной поверхности, увеличивается. С помощью эталонной детали этот зазор устанавливается таким, что разница между первоначальным зазором, при котором по-прежнему будет происходить срабатывание датчика с полным перекрытием его активной поверхности, и увеличенным зазором, при котором происходит срабатывание настроенного датчика, равнялась ширине поля контролируемого допуска. При проведении контроля головку устанавливают в положение, при котором порог срабатывания одного из датчиков совпадает с верхней границей допуска, а порог срабатывания другого датчика с нижней его границей. Если в процессе контроля окажется; что размер детали не превышает нижнего допустимого предела, ни один из датчиков не срабатывает. В случае, если размер контролируемой детали превысит верхний допустимый предел, сработают оба датчика. Один из датчиков сработает лишь в том случае, если размер лежит в пределах допуска.

Так как автогенераторные датчики являются бесконтактными, и для их настройки производится перемещение электропроводного диска, а не их самих, исключается перекрутка подходящих к датчикам проводов, что обеспечивает высокую долговечность головки. Вместе с тем, головка-аналог имеет и существенный недостаток. Она не позволяет контролировать несколько разных размеров с высокой производительностью (например, когда деталь нужно быстро «обмерить» со всех сторон). Это вызвано тем, что разные размеры, даже одной детали, имеют разные допуски. Проконтролировав один размер, перед контролем следующего головку требуется перенастроить. Ее нельзя сразу перемещать к следующей контролируемой поверхности. Механизм, которым она перемещается, нужно сначала остановить, затем необходимо ослабить накидную гайку, фиксирующую гильзу, далее, поворачивая червяк, допустим, отверткой, нужно настроить головку на новый допуск, после чего нужно обратно зафиксировать гильзу накидной гайкой, а затем механизм перемещения головки снова запустить. Только после всего этого, переместив головку в новое требуемое положение, можно произвести контроль следующего размера.

Существуют, однако, контрольные головки с автогенераторными датчиками, лишенные вышеуказанного недостатка. Вариантом таких головок является головка, защищенная патентом РФ 87514 кл. G01В 7/02, принятая нами за прототип.

Она содержит цилиндрический корпус, выполненный в виде стакана, в донную часть которого ввинчены два бесконтактных автогенераторных датчика, зафиксированных гайкой и закрытых кожухом с крышкой. В корпусе с возможностью поворота вокруг своей оси на прецизионных подшипниках качения соосно с корпусом установлена цилиндрическая гильза, к внутренней стенке которой прикреплены свободными концами плоские пружины. Также в корпусе с помощью накидной гайки закреплена упругая мембрана. К мембране прикреплена внешняя половина (полушток) измерительного штока, выполненного составным и включающим в себя, кроме внешней половины, еще и внутреннюю половину. Последняя прикреплена к пружинам с возможностью соприкосновения с внешним полуштоком через втулку с коническим углублением и снабжена электропроводным диском, плоскость которого обращена к поверхности датчиков. На диске выполнен секторный вырез. Кроме того, в донной части корпуса установлен малогабаритный шаговый электродвигатель, а на внутренней поверхности кожуха с помощью кронштейна закреплен контроллер (кольцевой распределитель импульсов) малогабаритного шагового электродвигателя, совместно с двигателем составляющий единый поворотный шаговый микропривод. На выходном валу микропривода установлена шестерня, а к гильзе жестко прикреплено зубчатое колесо, являющееся, по существу, частью гильзы и соосное с ней. Шестерня и колесо образуют зубчатую пару «шестерня-колесо» с параллельными осями, которая выполнена безлюфтной. Безлюфтными выполнены и подшипники, что достигнуто установкой между подшипниками распорной втулки и сжатием их гайкой, навинчиваемой на гильзу.

При использовании головки ее устанавливают в механизме, которым она может перемещаться в определенное положение (это может быть рука промышленного робота, суппорт станка с программным управлением и т.п.). Затем от системы управления роботом или станком в контроллер подают в унитарном коде (импульсами) программу настройки головки на ноль. При этом шаговый микродвигатель, поворачивая гильзу через шестерню, полностью перекроет торцы датчиков диском (эти торцы при изготовлении головки выставлены в одной плоскости). Далее механизмом перемещения головка подводится к контролируемой поверхности детали, причем так, чтобы если деталь отсутствует, то конец внешнего полуштока оказался бы в точке с координатой L-₁-, где L - номинальное значение контролируемого размера, ₁ - его предельно допустимое отрицательное отклонение, - величина свободного хода измерительного штока до одновременного срабатывания обоих датчиков. В процессе перемещения головки программа, вводимая в контроллер импульсами, меняется. Шаговый микродвигатель поворачивает шестерню, гильзу и диск, уменьшая перекрытие активной поверхности одного из датчиков так, чтобы величина свободного хода измерительного штока до срабатывания этого датчика увеличилась на ширину поля допуска на размер L, то есть на величину ₁+₂, где ₂ - предельное положительное отклонение L. Подходя к контролируемой поверхности и соприкасаясь с ней измерительным штоком, головка выдает сигнал срабатывания только одного датчика, если контролируемый размер окажется в поле допуска. Если размер меньше минимально допустимого, то не сработает ни один датчик. Если размер больше максимально допустимого, то сработают оба датчика. Так обнаружится, лежит размер в поле допуска или нет. После контроля одного размера, головка может быть перемещена в положение, требуемое для контроля размера другой поверхности. Перенастройка на другой допуск при этом так же может быть произведена автоматически, но уже другой программой в процессе перемещения головки. Аналогично может производиться перенастройка на третий, четвертый и т.п. допуски. В результате из всего времени контроля размеров детали будут исключены периоды простоя головки при ее перенастройке. Поскольку время перенастройки сократится и окажется совмещенным со временем перемещения головки от поверхности к поверхности, то общая производительность контроля повысится в (t_1i+t_2i)/t_1i к раз, где t_1i - время перемещения головки до i-ой контролируемой поверхности, t_2i - время перенастройки головки на допуск на i-ый размер.

Несмотря на достоинства, головка-прототип имеет и существенные недостатки. Главный из них - низкая надежность работы, вызванная высокой вероятностью отказа при настройке. Поскольку угловое положение гильзы и связанного с ней диска программируется унитарным кодом - импульсами, подаваемыми на шаговый привод, система управления роботом или станком, подающая импульсы в контроллер, всегда должна «помнить» предыдущую программу (количество импульсов) настройки головки. Если в запоминающем устройстве этой системы произойдет сбой, предыдущая настройки головки будет «забыта» и перенастроить головку правильно будет невозможно без проведения специальных операций по определению фактического положения диска. Ошибка в настройке может произойти и по другой причине - из-за электрической помехи, вызвавшей потерю импульса перед отработкой его шаговым двигателем. Последствия этой ошибки будут такими же, как и в предыдущем случае. Все это и является причинами отказов головки и обусловливает ее низкую надежность.

Задачей разработки предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы головки. В частности, уменьшение вероятности ошибки при ее настройке.

Достигается решение задачи тем, что в головку вводится система настройки с контролем фактического углового положения гильзы и связанного с ней диска. Конструктивно это обеспечивается тем, что головка для контроля размеров, содержащая корпус, закрепленные в нем два пороговых автогенераторных датчика и установленный на плоских пружинах измерительный шток, снабженная электропроводным, имеющим секторный вырез диском, закрепленным на конце штока, обращенном к датчикам, с возможностью взаимодействия с ними, перпендикулярно их осям, цилиндрической гильзой, размещенной в корпусе, в которой плоские пружины прикреплены к внутренней стенке свободными концами, поворотным шаговым микроприводом и зубчатой передачей «шестерня-колесо», оси которой параллельны оси гильзы, причем гильза установлена в корпусе на безлюфтных подшипниках качения, шестерня закреплена на выходном валу микропривода, а колесо жестко присоединено к гильзе соосно с ней, дополнительно снабжена потенциометрическим датчиком углового положения гильзы, преобразователем «код-напряжение», генератором импульсов и двухобмоточным дифференциальным реле с трехпозиционным выходным переключателем, выход преобразователя «код-напряжение» связан с первой обмоткой реле, выход потенциометрического датчика подключен ко второй обмотке реле, а генератор через выходной переключатель реле соединен со входами шагового электропривода.

На рис.1 показана конструкция предлагаемой головки, на рис.2 - ее сечение по Г-Г, на рис.3 - сечение Б-Б, на рис.4 - сечение по В-В, на рис.5 - вид А. На рис.6 приведена схема системы настройки головки (тонкими стрелками на нем обозначены электрические связи, широкими - механические).

Конструктивно головка содержит цилиндрический корпус 1, выполненный в виде стакана, в донную часть которого ввинчены два бесконтактных автогенераторных датчика 2, зафиксированных гайкой 3 и закрытых кожухом 4 с крышкой 5. В корпусе 1 с возможностью поворота вокруг своей оси на прецизионных подшипниках качения 6 соосно с корпусом установлена цилиндрическая гильза 7, к внутренней стенке которой прикреплены свободными концами плоские пружины 8. Также в корпусе 1 с помощью накидной гайки 9 закреплена упругая мембрана 10 (между ней и торцом гильзы 7 имеется зазор, который ввиду малости на рис.1 не показан), а к мембране прикреплена внешняя половина (полушток) 11 измерительного штока, выполненного составным и включающим в себя, кроме внешней половины 11, еще и внутреннюю половину 12. Последняя (полушток 12) прикреплена к пружинам 8, с возможностью соприкосновения с полуштоком 11 через втулку 13 с коническим углублением и снабжена электропроводным диском 14, плоскость которого обращена к поверхности датчиков 2. На диске выполнен секторный вырез. Кроме того, в донной части корпуса 1 установлен малогабаритный шаговый электродвигатель 15, а на внутренней поверхности кожуха 4 с помощью кронштейна 16 закреплен контроллер 17 малогабаритного шагового электродвигателя, совместно с двигателем 15 составляющий единый поворотный шаговый микропривод. На выходном валу микропривода установлена шестерня 18, а к гильзе 7 жестко прикреплено зубчатое колесо, являющееся по существу, частью гильзы 7 и соосное с ней. Шестерня и колесо образуют зубчатую пару «шестерня-колесо» с параллельными осями, которая выполнена безлюфтной. Безлюфтными выполнены и подшипники 6, что достигнуто установкой между подшипниками распорной втулки 19 и сжатием их гайкой 20, навинчиваемой на гильзу 7.

Помимо перечисленного, головка включает в себя двухобмоточное дифференциальное реле 21, содержащее электромагнит с первой обмоткой 22, электромагнит со второй обмоткой 23 и трехпозиционный выходной переключатель, состоящий их контактных пластин 24 и 25 и расположенной между ними и электромагнитами упруго закрепленной пластины 26. (Такое реле имеет общеизвестную конструкцию и описывается в литературе под таким же названием или под названием «поляризованное реле»). В дополнение к перечисленному головка имеет в своем составе преобразователь «код-напряжение» 27, связанный с обмоткой 23 реле, генератор импульсов 28, соединенный через переключатель (пластины 26 и 24 или 26 и 25) со входами, соответственно «+» или «-» (вращение шагового двигателя «вперед» и «назад»), шагового электропривода 29, состоящего из контроллера 17 и микродвигателя 15, а также потенциометрический датчик 30 углового положения гильзы 7, состоящий из резистивного элемента 31 (он выполнен в виде керамической подложки с угольным покрытием, нанесенным из газовой фазы), установленного на корпусе 1 головки, и движка 35, закрепленного на гильзе 7. (Преобразователь 27, генератор 28 и реле 21 конструктивно выполнены в виде единого блока управления 33).

При использовании головки ее устанавливают в механизме, которым она может перемещаться в определенное положение (это может быть рука промышленного робота, суппорт станка с программным управлением и т.п.). Затем в преобразователь «код-напряжение» вводят кодовую комбинацию К, соответствующую допуску на контролируемый размер. В зависимости от того, на какой допуск головка была настроена ранее, при включении электропитания головки потенциометр 30 выдает напряжение большое, равное или меньшее напряжения, соответствующего К. В результате реле 21 переключит контактную пластину 26 в сторону обмотки 23, или оставит ее в нейтрали, или переключит в сторону обмотки 22. В первом случае генератор 28 будет подавать импульсы через пластину 25 на контроллер 17 (кольцевой распределитель импульсов) шагового микропривода 29 и заставит микродвигатель 15 вращаться в направлении «+». Во втором случае микродвигатель вращаться не будет. В третьем случае генератор 28 будет подавать импульсы на контроллер 17 через пластину 24, и микродвигатель 15 будет вращаться в направлении «-». Вращение двигателя 15 вызывает вращение гильзы 7, диска 14, перемещение движка 32 потенциометра 30 и изменение сигнала на выходе потенциометра. Когда этот сигнал сравняется с сигналом, поступающим на реле 21 от преобразователя 27, микропривод 29 остановится. Так головка будет настроена на требуемый допуск. Далее механизмом перемещения головка подводится к контролируемой поверхности детали, причем так, чтобы если деталь отсутствует, то конец полуштока 11 оказался бы в точке с координатой L--, где L - номинальное значение контролируемого размера, - его предельно допустимое отрицательное отклонение, - величина свободного хода измерительного штока до срабатывания датчика 2, торец которого полностью перекрыт диском. Подходя к контролируемой поверхности и соприкасаясь с ней измерительным штоком, головка выдает сигнал срабатывания только одного датчика, если контролируемый размер окажется в поле допуска. Если размер меньше минимально допустимого, то не сработает ни один датчик. Если размер больше максимально допустимого, то сработают оба датчика. Так обнаружится, лежит размер в поле допуска или нет. После контроля одного размера, головка может быть перемещена в положение, требуемое для контроля размера другой поверхности. Перенастройка на другой допуск при этом так же может быть произведена автоматически, но уже другой программой А в процессе перемещения головки. Аналогично может производиться перенастройка на третий, четвертый и т.п. допуски.

Каждая последующая перенастройка головки никоим образом не связана с предыдущей. Совершенно не важно, в каком положении находился диск 14 до того, как началась настройка головки на очередной допуск. Важно то, что он в любом случае будет установлен в положение, соответствующее заданной в преобразователе 27 кодовой комбинации К. А соответствие этого положения заданному фиксируется реле 21 по сигналу от потенциометра 30. Таким образом, надежность работы головки при ее настройке повышается. Повышение надежности обеспечивается еще и тем, что в случае потери импульсов, поступающих на микропривод 29, по причине электрических помех, это никак не скажется на точности настройки головки. Как бы импульсы ни терялись, диск будет все равно установлен в требуемое положение, поскольку оно контролируется «по факту» потенциометром 30.

Головка для контроля размеров, содержащая корпус, закрепленные в нем два пороговых автогенераторных датчика и установленный на плоских пружинах измерительный шток, снабженная электропроводным, имеющим секторный вырез диском, закрепленным на конце штока, обращенном к датчикам, с возможностью взаимодействия с ними, перпендикулярно их осям, цилиндрической гильзой, размещенной в корпусе, в которой плоские пружины прикреплены к внутренней стенке свободными концами, поворотным шаговым микроприводом и зубчатой передачей «шестерня-колесо», оси которой параллельны оси гильзы, причем гильза установлена в корпусе на безлюфтных подшипниках качения, шестерня закреплена на выходном валу микропривода, а колесо жестко присоединено к гильзе соосно с ней, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена потенциометрическим датчиком углового положения гильзы, преобразователем «код-напряжение», генератором импульсов и двухобмоточным дифференциальным реле с трехпозиционным выходным переключателем, выход преобразователя «код-напряжение» связан с первой обмоткой реле, выход потенциометрического датчика подключен ко второй обмотке реле, а генератор через выходной переключатель реле соединен со входами шагового электропривода.