устройство для измерения линейных перемещений

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее корпус, закрепленную на нем измерительную линейку с базовыми поверхностями, установленную с возможностью перемещения вдоль линейки отсчетную головку, кинематически соединенную с отсчетной головкой каретку, контактирующую с базовыми поверхностями измерительной линейки посредством подшипниковых опор, и индикаторную линейку, установленную на каретке с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой, отличающееся тем, что кинематическая связь каретки с отсчетной головкой выполнена в виде трех сферических элементов, жестко закрепленных на каретке и установленных в вершинах равностороннего треугольника, точка пересечения медиан которого совмещена с центром тяжести каретки, и жестко закрепленного одним концом на отсчетной головке упругого стержня с шаровым выступом на другом конце, предназначенным для взаимодействия со сферическими элементами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отсчетных системах измерительных приборов, координатно-измерительных машин, прецизионных станков.

Известно устройство для измерения линейных перемещений модели LS107 [1] содержащее корпус, закрепленную в нем измерительную линейку, отсчетную головку, установленную с возможностью перемещения вдоль измерительной линейки, каретку, контактирующую с рабочей поверхностью измерительной линейки посредством подшипниковых опор, и индикаторную линейку, установленную на каретке с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой. Каретка постоянно поджата к отсчетной головке через шарнирное соединение. При этом шарнирное соединение представляет собой консольно закрепленный в отсчетной головке упорный штырь и сопрягаемый с ним штырь, закрепленный в каретке.

Это устройство характеризуется недостаточной жесткостью конструкции в направлении измерения, так как в шарнирном соединении упорный штырь головки выполнен консольным, а сопрягаемый с ним штырь каретки не имеет жесткой опорной поверхности. В условиях работы устройства при динамических знакопеременных нагрузках это приводит к нарушению постоянства взаимной координатной привязки опорной поверхности подвижной отсчетной головки и индикаторной линейки и, как следствие, к повышению погрешности измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является устройство для измерения линейных перемещений модели LID-300 [2] содержащее корпус, закрепленную на нем измерительную линейку с базовыми поверхностями, установленную с возможностью перемещения вдоль линейки отсчетную головку, кинематически соединенную с отсчетной головкой каретку, контактирующую с базовыми поверхностями измерительной линейки посредством подшипниковых опор, и индикаторную линейку, установленную на каретке с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой. Поджатие каретки к главной базирующей плоскости измерительной линейки, т. е. к ее рабочей поверхности, осуществляется при помощи двух цилиндрических пружин. Каретка соединена с подвижной отсчетной головкой с помощью двух плоских пружин. Каретка постоянно поджата к отсчетной головке через шарнирное соединение, которое представляет собой попарное сопряжение сферических элементов со сдвинутыми осями, закрепленными соответственно на каретке и головке.

Это устройство характеризуется недостаточной жесткостью конструкции подвески каретки в направлении измерения в связи с тем, что она выполнена в виде двух плоских пружин, которые фиксируют положение каретки с закрепленной на ней индикаторной линейкой и предохраняют ее от смещения относительно корпуса подвижной отсчетной головки. При наличии сил трения (покоя, движения), динамических знакопеременных нагрузок на каретку при движении, реверсе плоские пружины деформируются, что приводит к изменению взаимной привязки каретки и отсчетной головки, а следовательно, к снижению точности измерений. Расположение плоских пружин в разных плоскостях приводит к снижению сопротивляемости подвески с кареткой на скручивание и увеличению погрешности измерений. Выполнение шарнирного соединения в виде сопрягаемых попарно со сдвинутыми относительно друг друга осями сферических элементов, закрепленных соответственно на каретке и отсчетной головке, конструктивно сложно.

Для повышения точности измерений в устройстве для измерения линейных перемещений, содержащем корпус, закрепленную на нем измерительную линейку с базовыми поверхностями, установленную с возможностью перемещения вдоль линейки отсчетную головку, кинематически соединенную с отсчетной головкой каретку, контактирующую с базовыми поверхностями измерительной линейки посредством подшипниковых опор, и индикаторную линейку, установленную на каретке с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой, кинематическая связь каретки с отсчетной головкой выполнена в виде трех сферических элементов, жестко закрепленных на каретке и установленных в вершинах равностороннего треугольника, точка пересечения медиан которого совмещена с центром тяжести каретки, и жестко закрепленного одним концом на отсчетной головке упругого стержня с шаровым выступом на другом конце, предназначенным для взаимодействия со сферическими элементами.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для измерения линейных перемещений, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2.

Устройство для измерения линейных перемещений содержит корпус 1, закрепленную на нем измерительную линейку 2, с базовыми поверхностями, установленную с возможностью перемещения вдоль линейки 2 отсчетную головку 3, кинематически соединенную с отсчетной головкой 3 каретку 4, контактирующую с базовыми поверхностями измерительной линейки 2 посредством подшипниковых опор 5, 6 и 7. На каретке 4 установлена с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой 2 индикаторная линейка 8. Кинематическая связь каретки 4 с отсчетной головкой 3 выполнена в виде трех сферических элементов 9, 10 и 11, жестко закрепленных на каретке 4, и установленных в вершинах равностороннего треугольника, точка пересечения медиан которого совмещена с центром тяжести каретки 4, и жестко закрепленного одним концом на отсчетной головке 3 упругого стержня с шаровым выступом 12 на другом конце, предназначенным для взаимодействия со сферическими элементами 9, 10 и 11.

В конкретном случае измерительная линейка 2 закреплена в корпусе 1 с помощью прижимного резинового жгута и имеет две направляющие плоскости, к которым каретка 4 постоянно поджата с тарированным усилием.

В случае фотоэлектрического устройства для измерения линейных перемещений в корпусе подвижной головки 3 со стороны индикаторной линейки 8 установлен излучатель, а со стороны измерительной линейки 2 фотодиоды (не показаны). В устройстве предусмотрена система обработки и выдачи информации об измерении, например, такая же как в устройстве-прототипе.

В случае применения предлагаемого устройства для измерения линейных перемещений в измерительных системах станков с ЧПУ или цифровой индикацией корпус 1 устройства с измерительной линейкой 2 жестко крепится на станок, например на станину. Подвижная отсчетная головка 3 жестко крепится на подвижный орган станка или наоборот.

Подвижная отсчетная головка 3 выполнена, например, из стали алюминиевого сплава Д16. Корпус каретки 4 выполнен также из сплава, например, марки Д16. Опорные сферические элементы 9, 10 и 11 и шаровой выступ 12 изготовлены из стали и имеют чисто обработанные рабочие поверхности.

Устройство для измерения линейных перемещений работает следующим образом.

При перемещении измерительного подвижного органа станка, на котором жестко закреплена подвижная отсчетная головка 3, движение передается каретке 4, установленной в головке 3, а вместе с ней и индикаторной линейке 8, которая перемещается относительно измерительной линейки 2 по ее направляющим плоскостям при помощи подшипниковых опор 5, 6 и 7. При освещении измерительной и индикаторной линеек излучателем (не показан) образуется модуляционная картина комбинационных полос, пропорциональных 1/4 периода измерительной линейки, которая воспринимается фотодиодами (не показаны). Световая энергия, проходящая через образующиеся комбинационные полосы, преобразуется фотодиодами в сигналы напряжения. Сигналы с фотодиодов поступают в предусилитель и далее по кабелю в электронное устройство (не показаны) для преобразования, счета и индикации величины перемещения.

При этом при работе устройства могут изменятся нагрузки на каретку 4 за счет различных сил трения. При движении головки упругий стержень 13 постоянно поджимает сферический выступ 12 к сферическим элементам 9, 10 и 11, обеспечивая тем самым постоянство взаимного положения головки 3 относительно каретки 4 в направлении движения.

Таким образом, по сравнению с устройством-прототипом предлагаемое устройство для измерения линейных перемещений позволяет повысить точность измерений, получить высокую воспроизводимость результатов. Устройство обладает малым реверсом и просто по конструкции.