накладное информационно-технологическое устройство, преимущественно для объектов с криволинейными поверхностями значительной протяженности

Формула изобретения

1. НАКЛАДНОЕ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С КРИВОЛИНЕЙНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ, содержащее платформу, взаимодействующие с ней регулируемые стойки с опорами, образующие опорный треугольник устройства, исполнительный узел, узел отслеживания профиля поверхности и систему регистрации и управления, отличающееся тем, что платформа выполнена в виде рамы, поперечные стержни которой выполнены в виде предварительно напряженных балок, устройство снабжено направляющей, установленной с возможностью перемещения вдоль поперечных стержней рамы и выполненной в виде предварительно напряженной балки, механизмом перемещения направляющей, кареткой, установленной на направляющей с возможностью перемещения вдоль нее, и механизмом ее перемещения, двумя механизмами перемещения рамы, исполнительный узел и узел отслеживания профиля поверхности размещены на каретке, механизмы перемещения рамы, каретки и направляющей кинематически связаны с системой управления и регистрации, а стойка выполнена в виде стержневых элементов, связанных с соответствующими механизмами перемещения рамы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизмы перемещения каретки и/или направляющей выполнены в виде винтовой пары, винт которой жестко закреплен на каретке или направляющей, а гайка установлена с возможностью перемещения на нем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля криволинейных поверхностей протяженных объектов.

Известны накладные устройства, в частности предназначенные для контроля поверхностей крупных объектов, например устройство [1] содержащее платформу с несколькими нерегулируемыми опорными стойками, исполнительный узел с измерительным наконечником, перемещающийся вдоль направляющей линейки с растяжной проволочной системой, а также узел контроля отклонений поверхности, связанный с системами контроля и управления. Разрешительные возможности такого устройства ограничены по диапазону перемещений исполнительного узла и точности контроля из-за размещения опор на одной линии и измерения относительно проволочной системы.

Известны накладные контрольные устройства, содержащие основание с тремя опорными стойками, образующими опорный треугольник, исполнительный узел с измерительным наконечником, установленный на каретке, подвижной вдоль направляющей, закрепленной между парой соседних опор, расположенных на одной прямой (например [2] или патент ГДР N 220696, кл. G 01 B 5/28, 1984). В этих устройствах исполнительный узел также имеет ограниченный диапазон перемещений, отсутствует возможность напрямую отслеживать профиль поверхности одновременно по нескольким координатам, что усложняет алгоритм контроля, препятствует расширению функциональных возможностей устройства, например использованию его не только для контроля, но и для обработки криволинейных, особенно с двойной кривизной поверхностей.

Известно накладное устройство для контроля криволинейных поверхностей [3] содержащее платформу, регулируемые стойки, образующие опорный треугольник, исполнительный узел с измерительным наконечником, жестко закрепленный на платформе и установленный соосно ему узел отслеживания профиля поверхности. Стойки жестко закреплены на платформе, выполнены сменными и имеют регулируемые по высоте опорные наконечники. Узел отслеживания профиля поверхности путем регистрации ее отклонений выполнен в виде гигроскопического узла, имеющего подвижные рамки подвески, электрически связанные при помощи датчиков поворота рамок с самописцем. Перед началом работы к платформе прикрепляют соответствующие опорные стойки, устройство настраивают по эталонной поверхности и устанавливают опорами на контролируемую поверхность. Самописец записывает величины углов наклона плоскости опорного треугольника, а исполнительный узел фиксирует отклонение определенной точки контролируемой поверхности от этой плоскости. Устройство принято за прототип как наиболее близкий из аналогов по достигаемому результату, поскольку в нем наличие некоторой регулировки опорного треугольника и возможность отслеживания угла наклона плоскости этого треугольника позволяет обеспечить более близкий по метрологической схеме алгоритм получения данных о профиле контролируемой поверхности, чем в аналогах, и несколько расширить возможности устройства. Однако из-за жесткой связи платформы с опорами и исполнительного узла с платформой (его неподвижности), отсутствия возможности смещения платформы относительно опор и малого диапазона регулировки размера опорного треугольника, конструкция устройства не обеспечивает достаточного для расширения его функций и области использования степеней свободы исполнительного узла с инструментом, не позволяет вывести инструмент за пределы опорного треугольника. Выполнение узла отслеживания в виде гироскопа загромождает конструкцию, вносит погрешности в ее работу.

Сущность изобретения заключается в том, что в накладном информационно-технологическом устройстве, содержащем платформу, взаимодействующие с ней регулируемые стойки с опорами, образующие опорный треугольник устройства, исполнительный узел, узел отслеживания профиля поверхности и систему регистрации и управления, платформа выполнена в виде рамы, поперечные стержни которой выполнены в виде предварительно напряженных балок. Устройство снабжено направляющей, установленной с возможностью перемещения вдоль поперечных стержней рамы и выполненной в виде предварительно напряженной балки, механизмом перемещения направляющей, кареткой, установленной на направляющей с возможностью перемещения, двумя механизмами перемещения рамы. Исполнительный узел и узел отслеживания профиля поверхности размещены на каретке. Механизмы перемещения рамы, каретки и направляющей кинематически связаны с системой управления и регистрации. Стойка выполнена в виде стержневых элементов, связанных с соответствующими механизмами перемещения рамы. Механизмы перемещения каретки и/или направляющей выполнены в виде винтовой пары, винт которой жестко закреплен на каретке или направляющей, а гайка установлена с возможностью перемещения на нем.

Данная совокупность существенных признаков позволяет получить технический результат, заключающийся в том, что за счет пространственных смещений платформы относительно опор, а также регулируемой по нескольким координатам связи опорных стоек с платформой и размещения исполнительного узла на каретке, передвигаемой относительно платформы по двум координатам, исполнительный узел получает широкий многокоординатный диапазон перемещений не только по траектории, адекватной реальному профилю поверхности, но и с программируемой заранее траекторий. Это позволяет расширить функциональные возможности устройства: использовать его как для контроля, так и для технологической обработки криволинейных поверхностей, в том числе при различного вида экспериментальных работах; обеспечить универсальность устройства путем быстрой и несложной переналаживаемости (одной лишь сменой инструмента и программоносителя).

При использовании устройства в качестве контрольного достигнутый технический результат обеспечивает более оперативное получение данных контроля за счет сокращения алгоритма их съема и вычисления.

Наличие достаточного числа степеней свободы исполнительного узла позволяет заложить в программу его перемещений превентивную компенсацию технологических погрешностей системы, чем обеспечить высокую точность срабатывания. Повышению точности способствует и выполнение направляющих рамы в виде предварительно напряженных балок. Закрепление винта механизма перемещения на направляющих с продольным натяжением создает между винтом и направляющей самоуравновешивающийся контур, в котором каждый из элементов является растяжкой для другого. Этот прием позволяет достичь достаточной точности перемещения исполнительного узла с использованием легковесного винта малого диаметра и облегченной направляющей. Использование в механизмах перемещения неподвижных винтов также снижает погрешности кинематики перемещения.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 направляющая каретка; на фиг. 3 механизм перемещения каретки.

Устройство работоспособно, осуществимо и воспроизводимо. В нем платформа 1 имеет регулируемые стойки 2, образующие опорный треугольник устройства, снабженные опорами 3, и выполнена в виде рамы, например, прямоугольной формы, с двумя параллельными неподвижно закрепленными на ней направляющими 4, боковинами 5 и поперечной направляющей 6, подвижной вдоль направляющих 4 с помощью механизмов 7 перемещения, выполненных, например, электромеханическими, винтовыми или какого-либо другого известного типа.

Платформа 1 взаимосвязана со стойками 2 с возможностью пространственных смещений относительно опор 3 (опорного треугольника), при этом в качестве стоек 2 служат подвижные от приводов 8 стержневые элементы, например ходовые винты 9, которыми платформа снабжена для осуществления упомянутых пространственных смещений. Общее число стоек 2 (не менее трех) определяется конструктивно, в зависимости от назначения и габаритов устройства. Число регулируемых автоматически опор должно быть не менее двух в этом случае остальные стойки могут регулироваться по высоте, например вручную. Конструктивные опоры с механизмами регулирования могут иметь и другое известное решение.

Стойки 2 взаимосвязаны с рамой платформы 1 с возможностью наладочной регулировки их пространственного положения относительно плоскости опорного треугольника, проходящего через точки контакта опор с поверхностью объекта 10 путем перестановки стоек вдоль боковин 5. Исполнительный узел 11, несущий сменный инструмент, например измерительный или обрабатывающий, размещен на каретке 12, которая установлена на подвижной направляющей 6 с возможностью собственных перемещений вдоль нее и снабжена механизмом 13. Направляющая 6 выполнена в виде предварительно напряженной балки для предупреждения ее провисания, а механизм 13, например, электромеханическим, в виде винтовой пары: шестерни-гайки 14 и винта 15, где гайка выполнена приводной, имеет жесткую связь с кареткой 12 и кинематическую с электродвигателем 16. Винт 15 жестко закреплен на направляющей 6 с регулируемым продольным натяжением с помощью концевых резьбовых соединений 17. Винт 15 служит растяжкой для направляющей 6, воздавая в ней напряжение, предотвращающее прогиб. Прогиб направляющей 6 создает дополнительное натяжение винта 15. Для натяжения направляющей 6 могут быть использованы и другие известные конструктивные средства.

Каждый из механизмов 7, обеспечивающих перемещение поперечной направляющей 6 вдоль направляющих 4, может быть выполнен так же, как и механизм 13, электромеханическим винтовым с приводом 18, шестерней-гайкой 19, винтом 20. В этом случае конструктивное выполнение взаимосвязи элементов механизма 7 аналогично описанному для механизма 13. Направляющие 4 могут быть выполнены в виде предварительно напряженных балок аналогично выполнению направляющей 6.

Все механизмы перемещений узлов устройства имеют прямую и обратную связь с системами регистрации и управления, к которым подключено устройство, в них предусмотрены датчики линейных перемещений 21. Угловое смещение платформы регистрируется с помощью датчиков углового положения 22. На каретке 12 соосно исполнительному узлу 11 или с определенным шагом установлен узел 23 отслеживания профиля поверхности обслуживаемого объекта 10, подключенный к системе регистрации.

Опоры имеют конструктивные особенности и в зависимости от назначения устройства снабжаются вакуумными присосками, электромагнитными или другими подобными элементами крепления на поверхности объекта 10.

Для устранения возможных люфтов в кинематике устройства в нем предусмотрены конструктивные меры, которые могут быть из числа общеизвестных.

Работа устройства поясняется на примере проведения контроля отклонений от заданного профиля криволинейной поверхности объекта 10. В соответствии с заданной программой контроля исполнительный узел 11 снабжен контактным щупом. Устройство настраивается по эталонной поверхности и датчиком углов на 0 (либо другое начальное положение по всем трем координатам) с предварительной выставкой стоек 2 на раме в заданное алгоритмом контроля положение, после чего устройство устанавливается опорами 3 на поверхность объекта 10. Две из опор 3 устанавливаются своими сферическими наконечниками по концам базового отрезка поверхности, а третья на наибольшем расстоянии от первых двух. Для этого стройки 2 с опорами 3 переставляются по боковинам 5 и затем закрепляются в выбранном положении. Устройство фиксируется в этом положении присосками опор 3 путем подключения их к вакуумному насосу (не показан). Затем устройство подключается к блокам системы управления и регистрации. С помощью приводов 8 платформа устанавливается в строго горизонтальное положение последовательным приведением в горизонтальное положение одной из боковин 5, на которой установлен датчик 22, а затем с помощью обоих датчиков 22 точно так же приводится в горизонтальное положение направляющая 6. Исполнительный узел 11 переводится в предполагаемую точку начала измерения и положение ее фиксируется регистрирующим блоком как начало отсчета координат. Дальнейшая работа производится путем обхода по намеченной трасе по линиям разметки, либо по программе сканирования.

Устройство применимо для различных технологических операций, например: фрезерования, сверления, нанесения разметочных линий и необходимых знаков разметки в отдельных точках поверхности, при проведении доводочных работ размечаются положения элементов типа лючков, разъемов и т.п. Выполнение технологических операций по соответствующим подпрограммам.