Измерительная захватная головка манипулятора

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для переноса деталей с одновременным измерением их геометрических размеров и шероховатости наружной поверхности . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерений ;размеров деталей, шероховатости их поверхности и адаптации к жестко закрепленной детали.Для этого основные губки 5 с пневмоприводом 4 их относительного перемещения установлены на плите 1. В плоскости перемещения основных губок 5 расположены дополнительные призматические губки 48. Пневмопривод 43 относительного перемещения губок 48 жестко закреплен на штоке 42 пневмоцилиндра 3. Пневмоцилиндр 3 установлен на плите 1 и обеспечивает перемещение губок 48 относительно губок 5. Пневмоприводы 4 и 43 оснащены упругими пластинами с теизодатчиками. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК д у 4 В 25 1 15/00

KF,"ì 1q l_#_

1И,, .13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4191383/31-08 (22) 05.02.87 (46) 07.05,88. Бюл. 1 17 (71) Институт проблем механики АН СССР (72) А.В.Абаринов, В.Б.Вешников, В.Г.Градецкий, Ф.В.Зиновьев, Г.В.Самохвалов, А.А.Барабанщиков, Г.Э.Васариньш, В.П.Гладченко и С.Г.Зарубин

I(53) 621-229.72(088.8) ,(56) Авторское свидетельство СССР

l9 1253771, кл. В 25 Х 15/04, 1984. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЗАХВАТНАЯ ГОЛОВКА

МАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для переноса деталей с одновременным измерением их геометрических размеров и шероховатости наружной по„„SU„„1393634 А 1 верхности. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерений размеров деталей, шероховатости их поверхности и адаптации к жестко закрепленной детали.для этого основные губки 5 с пневмоприводом 4 их относительного перемещения установлены на плите 1. В плоскости перемещения основных губок 5 расположены дополнительные призматические губки 48. Пневмопривод 43 относительного перемещения губок 48 жестко закреплен на штоке 42 пневмоцилиндра 3. Пневмоцилиндр 3 установлен на плите 1 и обеспечивает перемещение губок 48 относительно губок

5. Пневмоприводы 4 и 43 оснащены упругими пластинами с тензодатчиками.!

Тенэодатчики дают информацию о расстоянии между губками 5 или 48. По этой информации судят о размерах детали. В губках 5 установлены подвижные щупы, которые позволяют более точно измерять внутренние размеры деталей. Перемещение щупов фиксируется тензодатчиками, установленными в приводе щупов. При измерении шероховатости губки 48, закрепленные на жестко установленной детали, стя393634 иваюгся при помощи пневмоцилиндра 1, и по моменту трогания губок 48 определяют шероховатость. Значение шероховатости определяют при помощи манометра, измеряющего давление в штоковой полости пневмоцилиндра 3.

Плита 1 имеет возможность перемещения в направляющих, а губки 5 и 48 имеют возможность установки на разных уровнях, что обеспечивает их адап" тацию к детали., 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для переноса деталей с одновременным измерением их геометрических размеров и шероховатости наружной поверхности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 показана измерительная захватная головка манипулятора, общий вид; на фиг. 2 - разрсз А-А на фиг.1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — узел. I на фиг. 2; на фиг. 5 — разрез В-В на фиг. 4.

Измерительная захватная головка установлена на плите 1, расположенной в направляюших фланца 2, который закреплен на руке манипулятора, На плите 1 установлены пневмоцилиндр 3 ,и пневмопривод 4, служащий для относительного перемещения основных губок

S. Плита 1 имеет возможность перемещения в направляющих фланца 2 в плоскости, перпендикулярной плоскости от-носительного перемещения основных губок 5. Ось пневмоцилиндра 3 перпендикулярна плоскости перемещения плиты

1, а ось пневмопривода 4 параллельна ей. Каждая основная губка 5 имеет кор пус, состоящий из фланца 6 и ползуна

7, причем ползун 7 имеет возможность перемещения по корпусу пневмопривода

4, представляющего собой пневмоцилиндр с двумя поршнями 8. Каждый ползун 7 соединен с соответствующим штоком поршня 8, расположенного в полости 9 и подпружиненного пружиной 10 относительно корпуса пневмоцилиндра 4.

Штоковые полости 28 поршневые полости 30 и

t попарно между собой, а распределители 32 и 33

13 сжатого газа. и 29, а также

31 соединены также через с магистралью

Полость 11, расположенная между поршнями 8, соединена через пневмораспределитель 12 с магистралью 13 сжатого газа, а в самой полости 11

5 расположена упругая пластина 14, связанная с поршнями 8 пружинами 15. На упругой пластине 14 закреплен тензодатчик 16, дающий информацию о расстоянии между основными губками 5. В «0 каждом ползуне 7 установлен пневмоцилиндр, ось которого перпендикулярна плоскости перемещения плиты I.

Иток 17 поршня 18 этого пневмоцилиндра связан с корпусом основной губки

15 пружиной 19 растяжения и упругой пластиной 20 с тензодатчиком 21. На поршне 18 закреплен плунжер 22, расположенный в продольной полости основной губки 5, причем плунжер 22

20 имеет клинообразный .хвостовик 23 с продольной прорезью 24, в которой расположена плоская пружина 25, закрепленная одним концом на поверхности основной губки, а другим связан25 ная с подвижным щупом 26, установленным в основной губке 5 в отверстии

27 с возможностью перемещения в плоскости, параллельной плоскости перемещения плиты 1. Один из концов од30 вижного щупа 26 выполнен клинообраэ" ным и имеет возможность взаимодействия с клинообразным хвостовиком 23 плунжера 22.

1393634

Полость 34 пневмоцилиндра 3 соединена с магистралью 13 сжатого газа через распределитель 35, а штоковая полость 36 — через распределитель 37.

В случае необходимости измерения шероховатости наружных поверхностей между попостью 36 и магистралью 13 сжатого газа устанавливается редукционный клапан 38 с манометром 39, а на корпусе пневмоцилиндра 3 в штоковой полости 36 — концевой выключатель 40, выполненный, например, в виде электрокнопки. При этом срабатывание концевого выключателя 40 должно осуществляться при взаимодействии с поршнем 41.

На штоке 42 поршня 41 установлен пневмопривод 43, ось которого параллельна оси пневмопривода 4. В полости

44 пневмопривода 43 расположены два поршня 45, на штоках 46 которых установлены ползуны 47, связанные с дополнительными призматическими губка25 ми 48. При этом плоскости перемещения губок 5 и 48 совпадают. Штоковые полости 49 соединены с атмосферой и в них установлены пружины 50 сжатия.

Полость 44, расположенная между поршнями 45, соединена через распределитель 51 с магистралью 13 сжатого газа и в ней .расположена упругая пластина

52 с закрепленным на ней тензодатчиком 53 ° При этом упругая пластина 52 связана через пружины 54 растяжения с 35 поршнями 45. Конструктивное выполнение пневмопривода 43 аналогично выполнению пневмопривода 4.

Исходное состояние схвата: обмотки управления распределителей 12, 33, 40

35,и 51 обесточены, а на распредели телях 32 и 37 есть сигнал управления, .т,е. в полостях 28, 29 и 36 имеется избыточное давление. Остальные полости соединены с атмосферой. 45

Измерительная захватная головка работает следующим образом.

После подачи сигнала управления на пневмоклапан 51 избыточное давление в "полости 44 приводит к раздвиже- 50 нию губок 48. Пружины 50 при этом сжимаются, а пружины 54 растягиваются, После этого сигнал управления подается на распределитель 12 и происходит раэдвижение губок 5. Пружины 10 при этом сжимаются, а пружины 15 растягиваются. После этого захватная головка переносится рукой манипулятора на рабочуи позицию, где установлены детали разной ширины. По программе, в зависимости от номинальной ве ичины внутреннего измеряемого размера, головка подается к детали так, что деталь располагается между губками

5. После снятия сигнала управления с распределителя 12 полость 11 соединяется с атмосферой и под действием пружин 10 и 15 происходит движение поршней 8 вместе с губками 5, при этом происходит зажим детали губками 5, Ширина детали измеряется при помощи тейэодатчика 16, дающего информацию в систему управления (не показана).

После зажима детали снимается сигнал управления с распределителя 37 и подается на распределитель 35, за счет чего полость 34 соединяется с магистралью 13 сжатого газа, а полость 36 — с атмосферой. Это приводит к перемещению поршня 41 до упора и замыкании концевого выключателя 40.

При этом губки 48 выдвигаются вперед по отношению к губкам 5. После этого захватная головка подается к захватываемой детали так, что деталь должна оказаться между призматическими губками 48. После снятия сигнала управления с распределителя 51 полость 44 соединяется с атмосферой и sa счет пружин 50 и 54 начинается движение поршней 45 до захвата губками 48 детали. При этом при неправильной подаче губок 48 к детали, т.е. при наличии ошибки позиционирования, происходит ее компенсация за счет того, что поршни 45 имеют- возможность перемещения на различную величину отно сительно оси пневмопривода 43. При этом происходит измерение наружного размера детали за счет того, что расстояние между поршнями 45 и, соотвеч ственно, растяжение пластины 52 и тензодатчика 53 соответствует. диаметральному размеру той части детали, sa. которую происходит захват губками

48, т.е. ошибка позиционирования на точность измерения влияния не оказьгвает. В случае захвата детали, зажатой в патроне станка, губками 48 и при наличии ошибки позиционирования только одна из губок 48 касается детали. Из-за этого возникает усилие, воздействующее на нее, и эа счет того, . что плита 1 имеет возможность свободного перемещения в пазах фланца 2, 1393634 вся конструкция, установленная на плите 1, перемещается под действием этого усилия и ошибка компенсируется.

При этом губки 48 и: 5 устанавливаются соосно с деталью. Таким образом, ни на манипулятор, ни на деталь, ни на патрон станка не оказывается длительного по времени силового воздействия за счет наличия у захватной ro- 1О ловки свойства адаптации. Кроме того, sa счет адаптации создается воэмож ность измерения внутренних диаметров при соосности расположения детали и губок 5, что повышает точность измерения.

При необходимости измерения шероховатости наружной поверхности детали с распределителя 35 снимается сиг" нал управления и полость 34 соединя- 20 ется с атмосферой. При помощи редукционного клапана 38 вручную или автоматически увеличивается величина давления в полости 36 (предварительно производится подключение полости 25

36 к магистрали 13 сжатого газа рас1 пределителем 37) . Уравнение. статического.равновесия поршня 41 со штоком 42 с установленным на нем пненмоприводом 43 с губками 48 имеет следу- 30 ющий вид»

Рзс 41 гр ъ тр ps где Р— избыточное давление в полости 36;

S, - эффективная площадь поршня 41

Р „- сила трения в уплотнениях поршня 41 и штока 42;

Р, - сила трения губок 46 о на- 40 ружную поверхность детали, которая зависит от усилия захвата, площади контакта, материалов поверхностей, шероховатости поверхности детали и от некоторых других параметров.

Однако для деталей данного типа при тех же условиях захвата, том же материале детали значимым становится параметр шероховатости. При увеличении давления Р,в некоторый момент начинается движение. поршня 41 за счет превышения величины Р, S „над суммарной силой трения в момент страгивания (Г,, +У,.р „). Эта величина Р замеряется в момент страгивания с места поршня 41 при помощи манометра

39, который может иметь, например, г электрический аналоговый выход, Noмент страгивания с места определяется при помощи концевого выключателя 40, который отрегулирован на срабатывание при начале движения поршня 41.

Измеренная величина давления может анализироваться при помощи, напрймер, управляющей микроЭВИ, в памяти которой могут быть заведены таблицы соответствия давления величине шероховатости для данного типа детали, При необходимости измерения внут« ренних диаметров снимаются сигналы управления с распределителей 37 и 35 и обе полости 34 и 36 пневмоцилиндра 3 оказываются соединенными с атмосферой, а поршень 41 выводится перед этим в крайнее положение к выключателю 40. Губки 5 вводятся рукой манипулятора внутрь детали, зажатой в патроне станка и удерживаемой губками 48, на необходимую величину, определяемую командой от системы управления.

Измерение диаметра внутреннего отверстия осуществляется следующим образом. С распределителя 32 снимается, а на распределитель 33 подается сигнал управления, полости 28 и 29 соединяются с атмосферой, а полости ЗО и

31 - с магистралью 13 сжатого газа.

Из-эа перепада давления начинается движение каждого поршня 18 и связанного с ним плунжера 22, при этом шток

17 через пружину 19 изгибает упругую пластину 20 с тензодатчиком 21. При выдвижении плунжера 22 происходит выдвижение подвижного щупа 26, плоская пружина 25 при этом изгибается (располагаясь в продольной прорези 24), и ее конец, соединенный с подвижным щупом 26, имеет относительно него продольное перемещение. После упора подвижного элемента 26 в деталь прекращает свое движение поршень 18 со штоком 17. Тензодатчик 21 имеет при этом вполне определенное растяжение и, соответственно, сопротивление. Информация о величинах сопротивлений тенэодатчиков 21 передается в систему управления, где суммируется (с соответствующими масштабными коэффициентами).с величиной сопротивления тензодатчика 16. Щупы 26 позволяют ° измерять глубину канавок внутри детали.

1 I

После осуществления всех измерений на распределитель 32 подается, 34

13936

7 а с распределителя 33 снимается сигнал управления, за счет чего полости 30 и 31 соединяются с атмосферой, а полости 28 и 29 — с магистралью 13 сжатого газа. При этом поршни 18 за- 5 нимают исходное положение, подвижные, щупы 26 под действием плоской пружины 25 также занимают исходное положение. После освобождения детали из патрона станка рукой манипулятора го10 ловка отводится, после чего распределитель 35 соединяет полость 34 с магистралью 13 сжатого газа, за счет чего поршень 41 перемещается с губками 48 и деталью, губки 5 при этом вы- 15 водятся иэ детали. После отведения руки с деталью в требуемую позицию полость 44 соединяется с магистралью 13 сжатого газа и происходит освобождение детали.

Информация об измеренных размерах детали и шероховатости обрабатывается в системе управления и используется для управления как движением руки манипулятора в режимах сортировки дета- 25 лей, так и режимами обработки детали на станке, а также для фиксации аварийных ситуаций (например, необходима смена резца).

Формула изобретения

1. Измерительная захватная головка манипулятора, содержащая корпус, на котором установлены основные губки с пневмоприводом их относительно перемещения и устройство для измерения расстояния между ними, выполненное в виде упругой пластины с тенэодатчиком, отлич ающая ся 40 тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, корпус установлен на дополнительно введенной плите, имеющей возможность перемещения по соответствующим направляющим 45 руки манипулятора в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения основных губок, снабженных подвижны ми щупами, причем корпус каждой основной губки связан с соответствующим штоком поршня пневмопривода относительного перемещения основных губок, а в каждом корпусе основной губки установлен пневмопривод перемещения подвижного щупа и средство для измерения этого перемещения, при этом на

55 плите установлен пневмоцилиндр, ось которого перпендикулярна плоскости перемещения плиты, а штоковая и поршневая полости соединены через соответствующие распределители с магистралью сжатого газа, на штоке пневмоцилиндра закреплены дополнительные призматические губки с соответствующим приводом их относительного перемещения, при этом дополнительные призматические губки имеют возможность стносительного перемещения в плоскости относительного перемещения основных губок, и рич ем каждый из пневмоприводов относительного перемещения основных и дополнительных призматических губок выполнен в виде пневмоцилиндра с двумя поршнями,подпружиненными относительно корпуса пневмоцилиндра, в полости между поршнями установлена упругая пластина с тензодатчиком, связанная с поршнями пружинами растяжения, причем полость соединена через распределитель с магистралью сжатого газа.

2. Головка манипулятора по п. 1, отличающаяся тем, что,с целью обеспечения возможности измерения шероховатости наружных поверхностей деталей,штоковая полость пневмоцилиндра, установленного на плите, соединена с магистралью сжатого газа через распределитель и редукционный клапан, между которыми установлен манометр, при этом на корпусе пневмоцилиндра в штоковой полости установлен концевой выключатель, имеющий воэможность взаимодействия с поршнем ( пневмоцилиндра, 3. Головка манипулятора по п. 1, отличающаяся тем, то привод перемещения подвижного щупа и средство для измерения этого перемеще-! ния выполнены в виде пневмоцилиндра, ось которого препендикулярна плоскос» ти перемещения плиты, а штоковая и поршневые полости соединены через соответствующие распределители с магистралью сжатого газа, при этом шток связан с корпусом основной губки пружиной растяжения и упругой пластиной с тензодатчиком, причем на поршне пневмоцилиндра жестко закреплен плунжер, расположенный в продольной полости основной губки, на конце плунжера выполнен клинообразный хвостовик с продольной прорезью, в которой расположена закрепленная одним концом на поверхности основной губки плоская пружина, другим концом связанная с подвижным щупом, установленным в основной губке с воэможностью перемеще1393634

1О ния в плоскости, параллельной плоскости перемещения плиты, причем один из концов подвижного щупа выполнен клинообразным и имеет возможность взаимодействия с соответствующим клинообразным хвостовиком плунжера.

1393634

27 5

Составитель С.Грибов

Техред М..Ходаиич. . Корректор М Пожо

Редактор И.Николайчук

Заказ 1920/16, Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4