прибор для контроля формы асферических поверхностей

Формула изобретения

Прибор для контроля формы асферических поверхностей, содержащий корпус с тремя опорными сферическими наконечниками, предназначенными для базирования на контролируемом объекте, привод перемещения корпуса и измерительный узел с блоком отсчета и измерительными датчиками перемещения, отличающийся тем, что он снабжен четырьмя центрирующими датчиками, расположенными на корпусе попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, измерительные датчики перемещений расположены в радиальной плоскости между смежными центрирующими датчиками, привод перемещения корпуса выполнен в виде двух сервоприводов, установленных с возможностью перемещения корпуса по ортогональным направлениям, блок отсчета выполнен в виде двух схем сравнения, блока формирования сигнала разрешения измерений, двух усилителей и вычислительного блока, входы схем сравнения соединены с соответствующими парами центрирующих датчиков, их выходы с соответствующими входами блока формирования сигнала разрешения измерений и через усилитель с соответствующим сервоприводом, входы вычислительного блока соединены с выходами измерительных датчиков перемещений, а управляющий вход с выходом блока формирования разрешения измерений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной текинке и может быть использовано в оптико-механическом производстве для автоматизированного контроля формы асферических поверхностей преимущественно при их серийном выпуске.

Известен прибор для контроля формы асферических поверхностей с помощью укрепленных на корпусе измерительного узла прибора зональных накладных колец, поочередно базирующихся непосредственно на контролируемой поверхности [1] Самоустанавливаемость накладных колец и измерительного узла обеспечивает повышение точности центрирования, однако быстрый износ острой кромки колец при контроле шлифованных поверхностей снижает точность измерений, кроме того при укладке колец возможны их перекосы и возникновение царапин на контролируемых полированных поверхностях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому прибору является накладной асферометр для контроля формы асферических поверхностей, содержащий корпус, три опорных сферических наконечника, предназначенные для базирования на контролируемом объекте, измерительный узел с блоком отсчета и измерительными датчиками перемещения и привод перемещения корпуса [2]

В отличие от предыдущего случая здесь контакт измерительного узла с проверяемой поверхностью осуществляется не по острой кромке накладных колец, а по контактным площадкам трех одинаковых шариков, жестко закрепленных на сменных накладных кольцах, благодаря чему точность и стабильность измерений повышается, уменьшается возможность появления царапин на проверяемых поверхностях.

Отсчет показаний прибора производится по осевому датчику, контактирующему с центральной зоной проверяемой поверхности, при этом шарики играют роль опорных сферических наконечников и одновременно измерительных датчиков перемещения в каждой из контролируемых зон асферической детали.

Измерение стрелки производят в центрированном положении прибора, когда его ось совмещена с осью этой поверхности. Для этого, двигая прибор вручную в разных направлениях по измеряемой поверхности, ищут экстремальное значение отсчета, которое и принимают за искомое.

Недостатком прототипа является ограничение возможности повышения точности и производительности операции контроля в результате применения базирующихся в разных зонах контролируемой поверхности сменных накладных колец, так как это приводит к снижению точности центрирования прибора и к повышению влияния износа шариков накладных колец на точность измерения, а также к увеличению трудоемкости операции контроля пропорционально числу проверяемых зон.

Цель изобретения повышение точности и производительности операции контроля, обеспечение их автоматизации.

Указанная цель достигается тем, что в известном приборе для контроля формы асферических поверхностей, содержащем корпус, три опорных сферических наконечника, предназначенные для базирования на контролируемом объекте, измерительный узел с блоком отсчета и измерительными датчиками перемещения и привод перемещения корпуса, согласно изобретению прибор снабжен четырьмя центрирующими датчиками, расположенными на корпусе попарно во взаимно-перпендикулярных плоскостях, измерительные датчики перемещения расположены в радиальной плоскости между смежными центрирующими датчиками, привод перемещения корпуса выполнен в виде двух сервоприводов, установленных с возможностью перемещения по ортогональным направлениям, блок отсчета выполнен в виде двух схем сравнения блока формирования сигнала разрешения измерений, двух усилителей и вычислительного блока, входы схем сравнения соединены с соответствующей парой центрирующих датчиков, их выходы с соответствующими входами блока формирования сигнала разрешения измерений и через усилитель с соответствующим сервопроводом, входы вычислительного блока соединены с выходами измерительных датчиков перемещений, а разрешающий вход с выходом блока формирования размещения измерений.

На фиг. 1 изображена структурная схема прибора: на фиг.2 установка прибора на контролируемую поверхность.

Прибор для контроля формы асферических поверхностей состоит из измерительного узла, на корпусе 1 которого закреплены три опорных сферических наконечника 2 и измерительные датчики 3 перемещений. Попарно симметрично относительно оси 4 измерительного узла по двум взаимно перпендикулярным направлениям x и y на корпусе 1 закреплены параллельно оси 4 центрирующие датчики 5,6 перемещений. Выходы пар центрирующих датчиков 5 и 6 соединены с входами двух схем 7,8 сравнения, выходы которых через усилители 9,10 соединены с входами сервоприводов 11,12 установленных вдоль осей x и y и кинематически связанных с корпусом 1 измерительного узла. Выходы измерительных датчиков 3 перемещений, предназначенных для контроля поверхности, соединены с входами вычислительного блока 13, разрешающий вход которого связан с выходами схем 7,8 сравнения через блок 14 формирования сигнала разрешения измерений. Корпус измерительного узла выполнен с возможностью перемещения относительно контролируемой поверхности 15. Оси измерительных датчиков 3 перемещений пересекаются в одной точке на оси измерительного узла. Центрирующие и измерительные датчики перемещения 3,4,5,6 могут быть фотоэлектрическими, емкостными, индуктивными, электровакуумными или другими, могут быть использованы, например, механотроны типа 6МХ5C с диапазоном измерений 1000 мкм с чувствительностью 3 мкА/мкм по ТУ СУЗ.393.005.

Измерительные датчики 3 установлены в корпусе 1 на его базовой поверхности так, что оси датчиков 3 пересекаются в одной точке на оси корпуса 1, эта точка совмещена с центром 0 сферы, ближайшей к заданной асферической поверхности 15.

Сервоприводы 11 и 12 обеспечивают перемещение корпуса 1 по осям x и y на расстояние порядка 3 мм, например, с помощью пьезодвигателей.

Измерительные датчики перемещений 3 установлены с шагом 5-10 мм в корпус 1 вдоль его меридиана с возможностью закрепления в нерабочем положении, т.е. с зазором, равным 2-3 мм относительно измеряемой поверхности 15, при помощи фиксаторов (не показанны).

Для непосредственного контроля формы конкретной асферической поверхности на предложенном приборе, так же как и на приборе прототипе, необходимо предварительно выполнить математические расчеты, учитывая следующее. 1) В случае применения эталонной поверхности сигналы от измерительных датчиков перемещений 3, характеризующие координаты асферической поверхности, будут поступать на вычислительный блок 13 и в нем фиксироваться. Затем аналогичные сигналы поступят при измерении асферизуемой поверхности, установленной на приборе взамен эталонной поверхности. Разности этих сигналов в каждой из контролируемых зон асферизуемой поверхности будут непосредственно свидетельствовать об ее текущих погрешностях. 2) При использовании эталонной сферической поверхности необходимо вычислить разности двух величин, а именно фактических смещений измерительных датчиков перемещений 3 при переходе от контакта их с эталонной сферой к контакту с асферизуемой поверхностью: и расчетных смещений тех же датчиков при предполагаемом переходе от контакта их с эталонной сферой к контакту с расчетной, т.е. теоретической асферической поверхностью.

В первом случае сравниваются координаты асферизуемой и эталонной поверхностей, во втором случае сравниваются фактические стрелки асферизуемой поверхности с расчетными стрелками, вычисленными для теоретической асферической оверхности, заданной по чертежу.

Данные вычисления выполняют с учетом радиуса окружности, проходящей через центры сфер трех опорных наконечников 2: указанный радиус измеряют на микроскопе с помощью плоскопараллельной пластины, устанавливаемой на сферические наконечники.

Прибор работает следующим образом.

Измерительный узел прибора помещают на эталонную поверхность и приводят в соприкосновение с ней центрирующие датчики 5 и 6 перемещений. Сигналы с выходов этих датчиков 5 и 6 поступают на входы схем сравнения 7,8 и далее через усилители 9,10 на сервоприводы 11,12, включая их. В результате измерительный узел перемещается по контролируемой поверхности 15 до тех пор, пока сигналы с выходов датчика 5,6 не станут равными. В этом случае на разрешающий вход вычислительного блока 13 поступают сигналы с выхода блока 14 формирования сигнала разрешения измерения и измерительные датчики 3 перемещений приводятся в соприкосновение с эталонной поверхностью. Сигналы с датчиков 3 поступают в вычислительный блок 13, где запоминаются.

Заменив эталонную поверхность на контролируемую, измерения повторяют. По разности результатов измерений ЭВМ вычисляет погрешности контролируемой поверхности и выдает полученную информацию о точности изготавливаемой детали в виде таблицы или графического изображения.

Данный прибор может быть изготовлен в условиях производства и применен для измерения асферических поверхностей деталей, в том числе без снятия со шпинделя при их изготовлении.