Устройство для измерения диаметра отверстия методом обкатывания

 

Устройство относится к измерительной технике. Решаемой задачей является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.

Устройство содержит основание, установленные на нем привод с валом и датчик линейных перемещений, измерительный ролик, водило, установленное с зазором на валу, установленный на водиле подпружиненный шарик, взаимодействующий с измерительным роликом, установленное на основании средство смещения водила.

Измерительный ролик вводится в отверстие измеряемой детали. Средством смещения сдвигают водило относительно основания, при этом ролик прижимается к поверхности измеряемого отверстия и базируется на нем.

Вращаемое приводом водило через подпружиненный шарик заставляет катиться измерительный ролик по поверхности измеряемого отверстия. Датчик измеряет размах радиальных биений измерительного ролика при обкатывании.

Искомый размер определяется как сумма этого размаха и диаметра измерительного ролика. 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения диаметров отверстий.

Известно устройство для измерения диаметров методом обкатывания, содержащее корпус, рамку с измерительным роликом, датчик угла поворота измерительного ролика, рамка выполнена подвижной в плоскости, перпендикулярной радиусу измерительного ролика, проведенному в точку его касания с изделием, и снабжена двумя шарнирами [1] Недостатком этого устройства является большая погрешность измерения, поскольку оно позволяет измерять диаметр только интегрально по длине пробега измерительного ролика.

Известно также устройство для измерения диаметров отверстий методом обкатывания, содержащее измерительный ролик, механизм прижима измерительного ролика, привод относительного перемещения, преобразователь угла поворота ролика, причем, привод относительного перемещения ролика выполнен в виде карманов, упорядоченно расположенных на периферии ролика и распределителя давления, связанного с ними [2] Недостатком этого устройства является большая погрешность измерения, поскольку оно дает интегральную оценку диаметра по длине пробега измерительного ролика, не учитывая погрешности формы отверстия, влияющие на определение фактического его диаметра и не может определять величину этих погрешностей формы.

Кроме того, устройство требует для работы дополнительно источника повышенного давления и не может работать в отверстиях, имеющих сверления или пазы на своей поверхности, поскольку через них будет выходить подводимый воздух.

Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение точности с одновременным расширением функциональных возможностей.

Решение указанной задачи достигается тем, что устройство для измерения диаметра отверстия методом обкатывания, содержащее основание, размещенные на нем измерительный ролик, привод с валом перемещения ролика, механизм прижима измерительного ролика к отверстию и датчик линейных перемещений, предназначенный для взаимодействия с измерительным роликом, отличающееся тем, что механизм прижима измерительного ролика выполнен в виде водила, установленного на валу привода с зазором и подпружиненного относительно оси вала в радиальном направлении в проходящей через нее плоскости, и шарика, установленного на водило и подпружиненного относительно него в той же плоскости в радиальном направлении, измерительный ролик установлен на водило с зазором с возможностью радиального перемещения и взаимодействия с шариком, а устройство снабжено размещенным на основании с возможностью взаимодействия с водилом средством смещений механизма прижима.

При этом средство смещения механизма прижима выполнено в виде клина, установленного на основании с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси вала.

Кроме того, в другом варианте исполнения на боковой поверхности водила выполнен профильный паз, а средство смещения выполнено в виде размещенного на основании подпружиненного упора, взаимодействующего с профильным пазом.

При этом водило выполнено в виде ступенчатого по длине цилиндрического тела; в ступени, взаимодействующей с измерительным роликом, выполнен сквозной продольный паз, а шарик размещен в одной из половин этой ступени.

Кроме того, в другом варианте исполнения измерительный ролик выполнен в виде ступенчатого по длине полого цилиндрического тела.

Кроме того в другом варианте оно снабжено дополнительными подпружиненными шариками, установленными на водиле с возможностью взаимодействия с измерительным роликом в одной плоскости с подпружиненным шариком.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство для измерения диаметра методом обкатывания в разрезе, на фиг.2 вариант исполнения водила и средства смещения механизма поджима, на фиг.3 вариант исполнения водила с дополнительными шариками.

Устройство для измерения диаметров содержит (фиг.1) основание 1 на котором закреплен привод, выполненный в виде установленного в опоре 2 вала 3, который может вращаться рукояткой 4.

Механизм прижима выполнен в виде водила 5, радиально подпружиненного в плоскости осевого сечения вала 3 относительно последнего пружинами 6 с упорами 7 в виде шариков, и шарика 8, радиально подпружиненного относительно водила 5 пружиной 9 в то же плоскости.

Водило 5 установлено на валу 3 с зазором. Упоры 7 установлены в водило 5 с возможностью взаимодействия с валом 3, в котором под них выполнены проточки. Шпонки 10, установленные на валу 3, служат для передачи вращательного момента от вала 3 водилу 5.

Средство смещения механизма поджима выполнено в виде клина 11, установленного на основании 1 с возможностью перемещения в плоскости, нормальной оси вала З. Измерительный ролик 12 известного диаметра установлен на водиле 5 с зазором и с возможностью взаимодействия с ним и шариком 8. Для последнего на поверхности измерительного ролика 12 выполнен кольцевой паз.

Датчик 13 линейных перемещений (например, бесконтактный) установлен на основании 1 с возможностью взаимодействия в радиальной плоскости с измерительным роликом 12.

Диаметр измерительного ролика 12 выбирается близким к нижней границе допуска на отверстие и измеряется заранее с высокой точностью.

В исходном состоянии клин 11 поджимает водило 5 к валу 3, преодолевая сопротивление пружин 6. При этом ось отверстия водила 4 смещена относительно оси вала 3 на заданную величину. Измерительный ролик 12 пружиной 9 через шарик 8 радиально прижат к водилу 5. При этом ось измерительного ролика 12 смещена относительно внутреннего отверстия водила 5 на ту же величину, но в противоположную сторону. В результате оси измерительного ролика 12 и вала 3 практически совпадают. Величина смещения осей задается исходя из требуемого диапазона измерения,который должен быть больше допуска на измеряемое отверстие.

Устройство работает следующим образом.

На основание устанавливают деталь 14 так, чтобы оси измеряемого отверстия и вала 3 были близки и практически совпадали. Путем относительного перемещения детали 14 и устройства вводят измерительный ролик 12 в измеряемое отверстие на заданную глубину и, при необходимости, закрепляют деталь 14 на основании 1. Убирают клин 11 путем его перемещения по основанию 1 в плоскости, нормальной оси вала 3. При этом водило 5 с измерительным роликом 12 под действием пружин 9 смещается относительно вала 3 в радиальном направлении.

При радиальном движении водила 6 измерительный ролик 12 в некоторый момент ляжет на цилиндрическую поверхность измеряемого отверстия детали 14. Водило 5, продолжая перемещаться, отойдет от измерительного ролика 12, вследствие зазора между ними, и последний будет прижиматься к детали подпружиненным шариком 8. При этом произойдет самоустановка измерительного ролика 12 по поверхности измеряемого отверстия. Реально оси вала 3 и измеряемой детали 14 могут не совпадать, поэтому измерительный ролик 12 установится вдоль оси детали 14, а не вала 3, поскольку на измерительный ролик действует момент сил со стороны детали относительно оси шарика 8, нормальной оси вала 3.

Дальнейшее радиальное перемещение водила 5 до упора в поверхность вала 3 в пределах зазора между ними за счет пружин 6 приведет к дальнейшему поджатию измерительного ролика 12 к измеряемой детали 14.

При измерении вращают рукоятку 4. Вращение вала 3 передается за счет шпонок 10 водилу 5. Водило 5 вращается относительно оси вала 3 и перемещает подпружиненный шарик 8 по кольцевому пазу измерительного ролика 12, поджимая последний к поверхности измеряемого отверстия и заставлял катиться по ней измерительный ролик 12.

Измерительный ролик 12 обкатывается по поверхности измеряемого отверстия. Датчик 13 линейных перемещений взаимодействует с наружной поверхностью измерительного ролика 12. По датчику 13 определяют размах биений измерительного ролика 12 в заданном направлении.

Искомый размер отверстия определяется как сумма диаметра измерительного ролика и размаха его биений при обкатывании отверстия.

Погрешность формы отверстия в сечении, нормальном его оси, определяют, производя измерения в различных радиальных направлениях, по разности результатов измерения.

После завершения процесса измерения (оборота вала 3) клином 11, перемещая его по основанию 1, воздействуя, на водило 5, заставляя его перемещаться и поджиматься к валу 3. При этом измерительный ролик 12 возвращается в исходное положение на водило 5, устанавливаясь вдоль оси вала 3, и устройство приходит в исходное состояние. Водило 5 может быть выполнено в виде цилиндрического ступенчатого по длине тела (фиг.2), в одной ступени которого, взаимодействующей с измерительным роликом 8, сделан сквозной паз вдоль оси водила 5. В одной из полученных таким образом половин ступени установлен шарик 8. В данном варианте исполнения роль пружины играет половина ступени водила 5, содержащая шарик 6. Такой вариант исполнения пригоден для измерения малых отверстий. Средство смещения может быть выполнено в виде подпружиненных пружинами 15 упоров 16 (например, шариков), а на боковой поверхности цилиндрического водила 5 выполнены профильные пазы 17.

Профиль паза в сечении, нормальном оси водила, представляет собой окружность с центром на оси водила с выступом в радиальном направлении высокой, равной зазору между водилом 5 и валом 3. Тогда при вращении водила оно выступом сходит с упоров 16 и по завершении его оборота возвращается в исходное положение. При этом отпадает необходимость в операции со сдвигом клина 11 и весь процесс поджатия измерительного ролика 12 к детали 14 и его обкатывание происходит при вращении водила 5 от привода. Измерительный ролик 12 может быть выполнен ступенчатым по длине (фиг.9), при этом длина ступени, взаимодействующей с измеряемой деталью, задается исходя от размеров отверстия. Это позволяет не изменяя диаметр измерительного ролика под датчиком 13, без переналадки датчика 13 измерять отверстия различного диаметра. Для измерения глубоких отверстий (при глубине отверстия больше его диаметра) в водило 5 устанавливают дополнительные шарики (или ролики) 18,19 (см.фиг.3), подпружиненные соответственно пружинами 20,21. Дополнительные шарики устанавливаются с возможностью радиального взаимодействия с измерительным роликом 12 в одной плоскости с подпружиненным шариком 8 в том же направлении и с возможностью вращения относительно своего центра, как и шарик 8. Пружины 20,21 выполнены слабее пружины 9.

Устройство с дополнительными шариками 18,19 работает аналогично вышеописанному. При начальном смещения водила 5 от оси в силу относительной слабости пружин 20,21 дополнительные шарики 18,19 на самоустановку измерительного ролика 12 по поверхности измеряемого отверстия практически не влияют. Однако при дальнейшем смещении водила 5 от оси дополнительные шарики поджимают измерительный ролик 12 и к поверхности измеряемого отверстия в том же направлении, что и шарик 8.

Обкатывание и дальнейшая работа устройства не отличается от вышеописанного.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять отверстие в любом радиальном направлении более точно, чем в прототипе и имеет более широкие функциональные возможности, так как позволяет измерять погрешности формы отверстия в радикальном направлении, а также измерять отверстия с пазами на боковой поверхности, если ширина паза по оси отверстия меньше длины измерительного ролика.

Устройство отличается также простотой изготовления и переналадки на другой диаметр, для чего достаточно сменить только измерительный ролик.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения диаметра отверстия методом обкатывания, содержащее основание, размещенные на нем измерительный ролик, привод с валом перемещения ролика, механизм прижима измерительного ролика к отверстию и датчик линейных перемещений, предназначенный для взаимодействия с измерительным роликом, отличающееся тем, что механизм прижима измерительного ролика выполнен в виде водила, установленного на валу привода с зазором и подпружиненного относительно оси вала в радиальном направлении в проходящей через нее плоскости, и шарика, установленного на водиле и подпружиненного относительно него в той же плоскости в радиальном направлении, измерительный ролик установлен на водиле с зазором с возможностью радиального перемещения и взаимодействия с шариком, а устройство снабжено размещенным на основании с возможностью взаимодействия с водилом средством смещения механизма прижима.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство смещения механизма прижима выполнено в виде клина, установленного на основании с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси вала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на боковой поверхности водила выполнен профильный паз, а средство смещения выполнено в виде размещенного на основании подпружиненного упора, взаимодействующего с профильным пазом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что водило выполнено в виде ступенчатого по длине цилиндрического тела, в ступени, взаимодействующей с измерительным роликом, выполнен сквозной продольный паз, а шарик размещен в одной из половин этой ступени.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительный ролик выполнен в виде ступенчатого по длине полого цилиндрического тела.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными подпружиненными шариками, установленными на водило с возможностью взаимодействия с измерительным роликом в одной плоскости с основным подпружиненным шариком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3