Измерительная головка

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) А1 (S1I 4 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

С

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к лвторсноьм свидетельствм - c. ; „, ГQ

А. . ( (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности измерений путем (21) 3963 701 /24-28 (22) 14 ° 10. 85 (46) 07. 05 . 88. Бюл. У 1 7 (72) E.Î. Адамов, В.Г. Иванов, С.Г. Виногоров, М,А Великотный, Е.П. Ильин, M.М. Ляпунов и В.И. Поляков (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 937982, кл. С 01 В 5/20, 1980. устранения погрешностей, вызванных изгибом щупа. При соприкосновении измерительного наконечника 3 с объектом измерительный шток 2 отклоняется, смещается источник 4 излучения, укреп— ленный в полом измерительном штоке 2.

На выходе фотоприемника 6 появляется сигнал рассогласования, характеризующий величину и направление смещения. Сигнал рассогласования поступает в электронный блок обработки, на выходе которого формируются сигналы, пропорциональные величине смещения измерительного штока 2 по координатам Х и У. 3 ил, 1394034

Изобретение относится к измери- тельной технике, а именно к средствам активного контроля поверхностей деталей сложной формы.

Цель изобретения — повьппение точности измерений путем устранения погрешностей, вызванных изгибом щупа.

На фиг. 1 приведена структурная схема измерительной головки; на фиг. 2 — схема распространения световых лучей; на фиг. 3 — блок-схема электронного блока обработки,Измерительная головка содержит корпус 1, измерительный шток 2 с измерительным наконечником 3, позиционно-чувствительный датчик (ПЧД), связанный с системой управления координатно-измерительной машины (КИМ) (не показана) и включающий источ— ник 4 излучения, объектив 5 и фотоприемник 6, электронный блок обработки, Измерительный шток 2 соединен с корпусом 1 системой 7 подвеса, выполнен полым, и источник 4 излу е- 25 ния расположен в его полости со. стороны измерительного наконечника 3.

Объектив 5 закреплен в корпусе 1, и его оптическая ось совпадает с осью измерительного штока 2 при его номинальном положении при отсутствии измерений. Фотоприемник 6 выполнен в виде четырехквадрантного фотодиода, имеющего четыре выхода I-IU u расположен в плоскости, оптически сопряженной с источником 4 излучения.

Центр четырехквадрантного фотодиода совмещен с оптической осью объектива 5 и осью измерительного штока 2.

Электронный блок обработки выполнен 4 в виде первого, второго, третьего и четвертого усилителей 8-11, входы которых связаны соответственно с

I-IU выходами фотоприемника 6, последовательно соединенных первого сумматора 12, блока 13 сравнения и пятого усилителя 14, последовательно соединенных первого и второго блоков

15 и 16 вычитания, последовательно соединенных третьего блока 17 вычитания и второго сумматора 18, источника

19 опорного напряжения. Выход первого усилителя 8 связан с первым входом третьего блока 17 вычитания, с вторым входом которого связан выход третьего усилителя 10. Выход второго усилителя 9 связан с первым входом первого блока 15 вычитания, с вторым входом которого связан выход четвертого усилителя 11. Четыре входа первого сумматора 12 подключены соответственно к выходам первого, второго, 1гретьего и четвертого усилителей 8-1,1.

Выходы первого и третьего блоков 15 и 17 вычитания связаны с вторыми входами второго сумматора 18 и второго блока 16 вычитания соответственно.

Выход пятого усилителя 14 подключен к источнику 4 излучения, а второй вход блока 13 сравнения подключен к источнику 19 опорного напряжения.

Измерительная головка работает следующим образом.

Измерительный наконечник 3, закрепленный в пиноли КИМ, подводят до касания с поверхностью контролируемого объекта ° При соприкосновении наконечника 3 с объектом измерительный шток 2 отклоняется от номинального положения. Момент касания фиксируется ПЧД, направляющим командные сигналы в систему управления КИМ для регистрации координат, соответствующих этому моменту.

При смещении измерительного наконечника 3 (при отклонении измерительного штока 2 от оси головки) происходит адекватное смещение источника 4 излучения — светодиода на некоторое расстояние дх. Одновремен— но происходит смещение светящегося изображения светодиода на дх (фиг.2) в плоскости фоточувствительной поверхности фотоприемника 6 позиционно-чувствительного датчика, что приводит к появлению сигнала рассогласования, характеризующего величину и направление укаэанного смещения. При( чем значения д Х и d Х связаны соотношением ьх =дх р, где 1 - линейное увеличение оптической системы.

Выделение и обработка сигнала рассогласования осуществляются следующим образом. Светящееся изображение светодиода, формируемое -оптической системой ПЧД, проецируется на приемную поверхность фотоприемника 6 (фиг.3). С элементов фотоприемника 6 через усилители 8-11, на блоки 15 и

17 вычитания поступают сигналы, проз 139 порциональные световым потокам, падающим на соответствующие элементы фотоприемника 6. На выходе блока 15 вычитания формируется сигнал, равный

U -U, а на выходе блока 17 вычитания вЂ,сигнал, равный U -U . На выходе блока 16 вычитания формируется сигнал (U<+U<) (U +U>), пропорциональный величине смещения светящегося изображения по координате Х, а на выходе сумматора 18 — сигнал (U, +

+ Б )-(U + U ), пропорциональный величине смещения светящегося изобра- жения по координате У. Выходной сигнал сумматора 12 пропорционален суммарному световому потоку,поступающему на фотоприемник 6. Этот сигнал сравнивается с напряжением U » поступающим на один из выходов блока 13 сравнения от источника 19 напряжения, который через усилитель 14 управляет интенсивностью излучения светодиода (источника 4 излучения).

При увеличении светового потока блок

13 сравнения вырабатывает сигнал,. уменьшающий интенсивность излучения светодиода, а при уменьшении светового потока — сигнал, увеличивающий интенсивность излучения. Это позволяет поддерживать постоянство суммарного светового потока U и, как следствие, постоянство статической характеристики системы. Размещение источника излучения в непосредственной близости от места контакта щупа с измеряемой деталью позволяет увеличить точность измерений за счет исключения составляющей погрешности, вызванной изгибом щупа. Это дает воэможность увеличить длину щупа без увеличения погрешности, что позволяет контролировать детали больших размеров. Кроме того, поскольку деформация щупа не влияет на общую погрешность описываемой системы возможно применить систему подвеса щупа с увеличенной возвращающей силой, что положительным образом сказывается на точностных характеристиках головки.

4034

Формула изобретения

Измерительная головка, содержащая корпус, соединенный с ним системой подвеса подвижный измерительный шток

5 с измерительным наконечником, позиэионно †чувствительн датчик, состоящий иэ оптически связанных источника излучения, объектива и фотоприемника, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерений, она снабжена электронным блоком обработки, выполненным в виде первого, второго, третьего и четвертого усилителей, последовательно соединенных первого сумматора, блока сравнения и пятого усилителя, последовательно соединенных первого и второго блоков вычитания, последовательно соединенных третьего блока вычитания и второго сумматора, источника опорного напряжения, выход первого усилителя связан с первым входом третьего блока вычитания, с вторым входом котор5 рого связан выход третьего усилителя, выход второго усилителя связан с первым входом первого блока вычитания, с вторым входом которого связан выход четвертого усилителя, четыре вхоЭ0 да первого сумматора подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого усилителей, выходы первого и третьего блоков вычитания связаны с вторыми входами вто35 рого сумматора и второго блока вычитания соответственно, второй вход блока сравнения связан с выходом источника опорного напряжения, выход пятого усилителя подключен к источ4О нику излучения, фотоПриемник выпол— нен в виде четырехквадратного фотодиода, центр которого размещен на одной прямой с оптической осью объектива и осью измерительного штока, по45 следний выполнен полым и источник излучения установлен в его полости со стороны наконечника, а четыре выхода фотоприемника связаны соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым усилителями.

1394034

Составитель О,. Несова

Техред М.Дидык

Корректор A. Обручар

Редактор О. Юрковецкая

Заказ ?208/36

Тираж 680

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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