Координатное измерительное устройство
Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для координатных измерений и предназначено для контроля геометрических характеристик профилей изделий. Сущность: устройство содержит основание с приспособлением для установки изделия и опорой, координатный измерительный механизм с отсчетным узлом, ползун установочных перемещений, укрепленный на опоре с возможностью перемещений вдоль оси приспособления. При этом приспособление выполнено с возможностью разворота на шарнире вокруг точки, лежащей на оси приспособления. Технический результат: повышение точности. 1 ил. 
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для координатных измерений и предназначено для контроля геометрических характеристик зеркал параболических рефлекторов, изготавливаемых прессованием на формообразующей оправке из реактопластов (углепластов) с волокнистым наполнителем. Может быть использовано также для контроля геометрических характеристик профилей других изделий, у которых контролируемый профиль может быть аппроксимирован сферой, вносящей погрешность в результаты контроля приемлемую для требуемой точности контроля.
Известно устройство для измерения радиуса кривизны и отклонений поверхности от сферической, содержащее корпус с тремя сферическими опорами, установленными в корпусе, с возможностью перемещения перпендикулярно его оси, державку, установленную в корпусе с возможностью вращения относительно его оси, шарнир, расположенный на оси державки, сферический вкладыш, расположенный на оси шарнира, держатель, установленный на ось вкладыша, и отсчетный узел с измерительным наконечником, установленным с возможностью перемещения вдоль оси держателя (см. авт. св. СССР №979843, G 01 В 5/22, 1982).
Однако таким устройством нельзя проконтролировать геометрические характеристики зеркала рефлектора (отклонения профиля от требуемого, направление фокальной оси и координаты вершины зеркала относительно базовых поверхностей) ввиду невозможности по данным измерений этим устройством выразить контролируемою поверхность в виде ее математической модели и рассчитать с ее использованием отмеченные геометрические характеристики.
Наиболее близким решением к предлагаемому устройству является координатная измерительная машина, принятая за прототип, содержащая основание с приспособлением для установки изделия и опорой, несущей координатный измерительный механизм, включающий перемещающуюся вертикально на опоре каретку с консульной балкой, подвижную вдоль балки дополнительную каретку с пинолью, узлы отсчета перемещений кареток и пиноли и узел компенсации переменного прогиба балки (см. авт.св. СССР №947616, G 01 В 5/00, 1982).
Преимущества прототипа перед аналогом заключаются в том, что координатная измерительная машина позволяет осуществить контроль геометрических характеристик зеркал рефлекторов ввиду наличия у нее координатного измерительного механизма и возможности по координатам измеренных точек зеркала вычислить контролируемые характеристики зеркала рефлектора.
Недостатками прототипа являются сложность его координатного измерительного механизма, а именно, наличие в нем подвижных кареток и пиноли, перемещающихся по точно выполненным направляющим, узлов отсчета перемещений кареток и пиноли, узла компенсации прогиба балки, несущей каретку с пинолью, а также сложности достижения на нем требуемой точности контроля зеркал рефлекторов из-за того, что для достижения этой точности на координатной измерительной машине необходимо все три координаты контролируемых точек зеркала рефлектора измерять с высокой точностью.
Целью изобретения является упрощение конструкции и упрощение достижения требуемой точности контроля зеркал параболических рефлекторов.
Поставленная цель достигается тем, что координатное измерительное устройство, содержащее основание с приспособлением для установки изделия и опорой, несущей координатный измерительный механизм с отсчетным узлом, снабжено на опоре ползуном установочных перемещений, укрепленным на ней с возможностью перемещения вдоль оси приспособления для установки изделия, координатный измерительный механизм выполнен в виде штанги, связанной одним концом с ползуном установочных перемещений посредством шарнира штанги, вращающегося вокруг точки, а на другом конце несущей контактный наконечник отсчетного узла, укрепленного на штанге с возможностью перемещения контактного наконечника в направлении на точку вращения шарнира штанги, с фиксаторами разворота штанги на ее шарнире вокруг и от оси приспособления для установки изделия, которая проходит через точку вращения шарнира штанги, при этом приспособление для установки изделия выполнено с возможностью разворота изделия на шарнире приспособления вокруг точки, лежащей на оси приспособления.
Сущность предложенного решения заключается в том, что введение отмеченных отличий позволяет измерить координаты точек контролируемого профиля изделия в сферической системе счета координат с началом в точке, совпадающей с центром аппроксимирующей контролируемый профиль сферы, отклонения от которой точек профиля минимальны. Снабжение опоры ползуном установочных перемещений необходимо для установки точки вращения шарнира штанги в положение соответствующее центру аппроксимирующей контролируемый профиль сферы.
Выполнение устройства с механизмом координатных измерений в виде штанги, связанной одним концом с ползуном установочных перемещений посредством шарнира штанги, вращающегося вокруг точки, а на другом конце несущей контактный наконечник отсчетного узла, укрепленного на штанге с возможностью перемещения контактного наконечника в направлении на точку вращения шарнира штанги, с фиксаторами разворота штанги на ее шарнире вокруг и от оси приспособления необходимо для осуществления точных измерений координат точек в направлении по радиусу аппроксимирующей сферы и фиксируемых установочных перемещений штанги в позиции контроля двух других координат точек - по круговой вокруг оси приспособления и угловой от оси приспособления.
Выполнение устройства с осью приспособления, проходящей через точку вращения шарнира штанги необходимо для связи системы координат контролируемого профиля на изделии с измерительной системой координат устройства.
Выполнение приспособления для установки изделия с возможностью разворота изделия на шарнире приспособления вокруг точки, лежащей на оси приспособления, необходимо для того, чтобы развернуть контролируемый профиль так, чтобы отклонения его от радиуса аппроксимирующей сферы минимально отличались между собой и достижения за счет этого минимальных расхождений измеренных отклонений от радиуса аппроксимирующей сферы с отклонениями по нормали к контролируемому профилю от аппроксимирующей сферы.
Последнее связано также с тем, что технология изготовления рефлекторов, получаемых прессованием волокнистых реактопластов на формообразующих оправках, не обеспечивает стабильного положения базовых элементов относительно профиля рефлектора из-за возникающих внутренних напряжений, присущих этим материалам.
Анализ на существенность отличий предложенного устройства позволяет отметить следующее.
Новым признаком, не известным по другим техническим решениям, выступает признак предложенного решения, заключающийся в том, что координатный измерительный механизм выполнен на ползуне установочных перемещений.
Совокупность признаков предложенного координатного измерительного устройства придает ему новые свойства, заключающиеся в том, что контроль параболических зеркал рефлекторов можно проводить конструктивно более простыми средствами с достижением требуемой точности более эффективным путем.
Отмеченное позволяет сделать заключение о наличии у предложенного устройства существенных отличий.
Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема предлагаемого устройства - вид сбоку.
Устройство состоит из основания 1 с приспособлением 2 для установки изделия 3 с номинальным положением вершины контролируемого профиля изделия в точке 01 приспособления 2, которое выполнено с тягами 4 для разворотов изделия 3 на шарнире 5 вокруг точки, лежащей на оси приспособления 2, и с опорой 6, выполненной в виде периода, охватывающего основание 1, снабженной ползуном 7 установочных перемещений, укрепленным на опоре 6 с возможностью установочных перемещений вдоль оси приспособления 2 и несущий координатный измерительный механизм, выполненный в виде штанги 8, связанной одним концом с ползуном 7 посредством шарнира 9, вращающегося вокруг точки 0 на двух взаимноперпендикулярных пересекающихся осях, а на другом конце несущей контактный наконечник 11 отсчетного узла 10, укрепленного на штанге 8 с возможностью перемещения контактного наконечника 11 в направлении на точку вращения шарнира 9 штанги 8, с фиксаторами 12 и 13 соответственно вокруг и от оси приспособления 2, которая проходит через точку 0 вращения шарнира 9 штанги 8, а также с противовесами 14 уравновешивания разворота и рукоятки 15 разворота штанги 8.
Перед измерениями осуществляют наладку устройства на измерения, для чего вначале рассчитывают радиус R аппроксимирующей сферы. Для параболического зеркала рефлектора он может быть рассчитан по формуле:
где
Д - диаметр раскрыва рефлектора,
где F фокусное расстояние контролируемого параболоида зеркала рефлектора.
Далее подбирают штангу 8 длиной, обеспечивающей возможность измерения отклонений от расчетной длины радиуса аппроксимирующей сферы и аттестуют фактическое расстояние от вершины контактного наконечника 11 до точки вращения шарнира 9 штанги 8 при нулевом отсчете отсчетного узла 9 с высокой точностью (порядка 0,01 мм), производят сборку подобранной штанги 8 на шарнире 9 и установку ползуна 7, перемещаемого вдоль оси приспособления 2, в положение, при котором точка 0 вращения шарнира 9 приближенно (до пяти миллиметров) соответствует обеспечению расстояния 00'.
Изделие 3 устанавливают на приспособление 2 и выверяют на соосность с осью приспособления 2, разворачивая установочную часть его с изделием 3 на шарнире 5 приспособление 2 при помощи тяг 4, при этом добиваются одинаковости отсчетов по отсчетному узлу 10 штанги 8, измеряя координаты симметрично расположенных относительно оси приспособления 2 периферийных точек контролируемого профиля изделия 3 в двух взаимноперпендикулярных плоскостях выверки.
Измерение координат точек контролируемого профиля при выверке и контроле профиля производят, создавая для измерения координат каждой точки соответствующее положение штанги 8, разворотом ее от рукоятки 15 и фиксацией координат от оси и вокруг оси приспособления 2 соответственно фиксаторами 13 и 12 шарнира 9 штанги 8, а о третьей измеряемой координате контролируемой точки судят по величине отклонения вершины контактного наконечника 11, при его контакте с контролируемой точкой на поверхности контролируемого профиля изделия 3, которое отсчитывает и регистрирует отсчетный узел 10. Противовесы 14 при измерениях обеспечивают стабильность положения точки вращения 0 шарнира 9 штанги 8 за счет уравновешенности ими, разворачиваемых на точке 0 вращения шарнира 9 масс.
Количество и расположение контрольных точек на контролируемом профиле изделия 3 устанавливается до контроля из условий требуемой точности контроля.
Полученные измерением координаты точек, определяющие в совокупности контролируемый профиль, подвергают математической обработке, которая заключается в определении системы линейных уравнений, число которых равно числу контрольных точек профиля, под условием принадлежности каждой точки к требуемому профилю, и решение системы этих уравнений под условием минимума суммы квадратов отклонений точек контролируемого профиля от аппроксимирующего требуемого профиля для вычисления геометрических характеристик аппроксимирующего профиля в измерительной системе координат устройства.
Геометрические характеристики аппроксимирующего требуемого профиля служат для установления геометрических характеристик контролируемого профиля.
Отклонения контролируемого профиля от требуемого рассчитываются по нормам к аппроксимирующему профилю в измеренных точках контролируемого профиля.
Кроме того, для параболического профиля зеркала рефлектора определяют направление фокальной оси и положение вершины зеркала относительно базовых поверхностей рефлектора, например, центрального фланца, которые соответствуют направлению фокальной оси и положению вершины аппроксимирующего требуемого параболоида.
Поскольку возможность математической обработки измеренных данных для специалиста (математика) обычно очевидна.
Таким образом, можно в заключении отметить, что предлагаемое координатное измерительное устройство конструктивно проще известных для контроля профилей за счет замены подвижных кареток и пиноли, перемещающихся по точно выполненным направляющим, узлов отсчета перемещений кареток и пиноли и др. элементов координатного измерительного механизма на координатный измерительный механизм, включающий штангу с отсчетным узлом и два фиксатора ее разворота, и приспособление для разворотов изделия. Наиболее важным преимуществом предложенного координатного устройства является возможность в качестве измеряемой координаты использовать координату достаточно близко совпадающую по направлению с нормами контролируемого профиля за счет размещения координатного измерительного механизма на ползуне установочных перемещений, что создает условия для достижения требуемой точности без точного измерения двух других координат точек контролируемого профиля и существенно упрощает объем математической обработки измеренных координат при контроле профилей, которые могут быть аппроксимированы сферой, вносящей погрешность в результате контроля, приемлемую для контроля. Расчетная величина этой погрешности для используемых на практике параболических рефлекторов диаметром раскрыва до 5 метров не превышает 0,005 мм.
Формула изобретения
Координатное измерительное устройство, содержащее основание с приспособлением для установки изделия и опорой, несущей координатный измерительный механизм с отсчетным узлом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство снабжена ползуном установочных перемещений, укрепленным на опоре с возможностью перемещения вдоль оси приспособления, координатный измерительный механизм выполнен в виде штанги, связанной одним концом с ползуном установочных перемещений посредством шарнира, вращающегося вокруг точки, а на другом конце несущей контактный наконечник отсчетного узла, укрепленного на штанге с возможностью перемещения контактного наконечника в направлении на точку вращения шарнира штанги, с фиксаторами разворота штанги на ее шарнире вокруг и от оси приспособления, которая проходит через точку вращения шарнира штанги, при этом приспособление выполнено с возможностью разворота на шарнире вокруг точки, лежащей на оси приспособления.
РИСУНКИ
