Способ контроля шаров

 

Использование: изобретение относится к машиностроению, может быть использовано для контроля и обработки шаров, в частности в подшипниковой промышленности. Сущность: предложенный способ контроля шаров включает: подачу шара в рабочую зону измерения; установку шара между двумя опорами, размещенными на корпусе с базовой плоскостью основания, одна из которых выполнена с канавкой на наружной поверхности, образованной пересечением двух соосных конусов; вращение опор вокруг своих осей с разными по величине и направлению скоростями; измерение требуемых параметров шара в различных неповторяющихся сечениях; удаление шара из рабочей зоны и сортировку согласно результату измерения. При этом в первой опоре выполняют загрузочное и разгрузочное отверстия, смещенные друг относительно друга на угол β в направлении вращения, а также задают форму, расположение и взаимную ориентацию пятен контакта шара с опорами. Вторую опору выполняют аналогично первой, первую опору размещают перпендикулярно базовой плоскости основания, располагают их оси вращения перпендикулярно друг другу. Шару самоскольжением сообщают поступательное движение при подаче через загрузочное и при удалении через разгрузочное отверстия. Контроль шара производят за время поворота первой опоры на угол (360°-β),, а подачу и удаление шара из нее - за время поворота на угол β.. Изобретение позволяет повысить точность, производительность и обеспечить автоматизацию процессов контроля и обработки шаров. 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам контроля шаров, может быть использовано в подшипниковой промышленности для промежуточного и окончательного контроля шаров, а также их обработки.

Известны аналогичные способы контроля шаров (авт.св. СССР N 209776, G 01 B 5/22, 1966 г. Б.И. N 5), при которых шар подают в зону контроля, устанавливают между двух опор, вращают одну опору вокруг своей оси и измеряют при этом диаметр шара.

Однако в известном способе недостаточны производительность и точность измерения, затруднена автоматизация процесса, поскольку процесс установки шара и его измерение не являются беспрерывным, а также сопровождается значительным трением скольжения между опорой и шаром, что влечет их интенсивный износ.

Наиболее близким по своей технической сущности является способ контроля шаров (авт. св. СССР N 1837150, G 01 B 5/55, 1990 г. ), при котором шар подают в рабочую зону измерения, устанавливают между двумя опорами, размещенными на корпусе с базовой плоскостью основания, первую опору выполняют с канавкой на наружной поверхности, образованной двумя соосными усеченными конусами, вращают опоры вокруг своих осей со скоростями, различными по величине и направлению, и измеряют при этом параметры контролируемого шара в неповторяющихся сечениях, удаляют шар из рабочей зоны измерения и производят сортировку согласно результату измерения. Этот способ также не обеспечивает беспрерывности процесса контроля шаров на этапах загрузки и выгрузки, что затрудняет его автоматизацию, кроме того, из-за избыточных связей шара с опорами нестабильна точность его установки в рабочей зоне измерения. В связи с этим не обеспечивается высокой производительности и требуемой точности контроля шаров.

Задачей изобретения является повышение точности, производительности и автоматизации процесса путем обеспечения непрерывности всех этапов контроля.

На фиг. 1 изображена схема способа контроля шаров общий вид реализующего устройства, совмещенный с разрезом А-А по фиг. 2; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 и фиг. 4 то же, разрез В-В и вид Б - соответственно; на фиг. 5 схема базирования шара в рабочей зоне измерения, показанная в изометрии.

Способ контроля шаров и реализующее его устройство содержит шар 1, подлежащий контролю, устанавливаемый между двумя опорами основной 2 и вспомогательной 3, имеющими возможность вращения вокруг своих взаимно перпендикулярно расположенных осей I-I и II-II с переменными по величине и направлению угловыми скоростями ω₁ и ω₂ под действием приводных механизмов П₁, П₂. Первая основная опора 2, выполненная в виде диска с наружной канавкой, образуемой поверхностями 4 и 5 усеченных одинаковых соосных конусов с общей осью I-I, расположенной перпендикулярно базовой горизонтальной плоскости основания 6, и плоскостью сопряжения III-III, параллельной основанию 6, снабжена двумя отверстиями: загрузочным 7 и разгрузочным 8, соединяющими наружные торцы опоры 2 с плоскостью пересечения ее конусов III-III и наклоненными к ней под углом ϕ, превышающим по значению угол трения шара с поверхностями отверстий. Геометрические оси отверстий 7 и 8, расположенных в плоскостях, перпендикулярных торцам основной опоры 2, таким образом, что ось О₂-О₂ разгрузочного отверстия 8 опережает ось О₁-О₁ разгрузочного отверстия 7 на угол b в направлении рабочего вращения w₁ основной опоры 2. Угол β выбирается из условия несовмещения поверхностей отверстий 7 и 8. Диаметры отверстий 7 и 8 по размеру превышают максимальный диаметр шара 1 того типоразмера, для измерения которого предназначен конкретный комплект опор-дисков 2 и 3. Вторая опора 3, выполненная конструктивно аналогично основной опоре 2, также имеет наружные канавки с рабочими поверхностями 9 и 10 в виде двух жестко соединенных основаниями одинаково усеченных конусов с общей осью II-II. Опоры-диски 2 и 3 перед контролем шара 1 установлены таким образом, что их оси поворота I-I и II-II перекрещены в пространстве, а именно перпендикулярны друг другу (фиг. 4). Причем ось поворота I-I относительно неподвижна, а ось II-II опоры 3 имеет возможность самоустанавливаться относительно шара 1 и опоры 2 в плоскости III-III, например, под действием пружин 11, а также поступательно перемещаться в плоскости III-III при переналадке и настройке на другой типоразмер шара 1. Это позволяет обеспечить гарантированное геометрическое и силовое замыкание шара 1 в рабочей зоне измерения, поскольку шар 1 будет одновременно контактировать своей наружной сферической поверхностью в четырех точках "а", "б", "в", "г", не лежащих в одной плоскости, с образующими рабочих конических поверхностей 4, 5 и 9, 10 опор 2 и 3, что однозначно определит стабильное положение центра O шара 1 (см. фиг. 5) и лишит его всех шести возможных степеней свободы трех перемещений и трех поворотов (при неподвижных опорах 2 и 3) в приданной системе координат XOYZ. При этом шар 1, установленный между опорами 2 и 3, будет контактировать с образующими конусов 4 и 5 в точках "а" и "б", лежащих в плоскости YOZ, а с образующими конусов 9 и 10 в точках "в" и "г", лежащих в плоскости XOY. Такая схема базирования шара 1 (см. фиг. 5) имитирует базирующие элементы в виде двух взаимно перпендикулярных узких призм и обеспечивает высокую устойчивость положения шара 1 в рабочей зоне измерения.

Реализующее предлагаемый способ устройство контроля содержит связанные между собой транспортную и измерительную цепи. В транспортную цепь, кроме вышеописанных опор 2 и 3 с отверстиями 7 и 8, также входят загрузочное устройство, включающее бункер-накопитель 12, отсекатель 13, трубопровод 14 с осью IY-IY и устройство выгрузки, содержащее трубопровод 15 с осью Y-Y и кран-распределитель 16, имеющий два рабочих положения, соединяющих в одном случае трубопровод 15 с емкостью 17 годных шаров 1, в другом с емкостью 18 для брака. Измерительная цепь включает датчик 19 измерения параметров шара 1, усилитель 20 и систему управления 21 краном 16 и, кроме того, при необходимости записывающие приборы (условно на фиг. не показаны), фиксирующие результаты измерения.

Транспортную и измерительную цепи объединяет общая система автоматического управления САУ (на фиг. условно не показана), которая управляет устройствами загрузки и выгрузки, приводами П₁ и П₂ и системой управления 21. Шары 1, загружаемые в бункер-накопитель 12, имеют возможность при открытом отсекателе 13 поштучно выдаваться и перемещаться под действием силы тяжести или любого подающего механизма по трубопроводу 14 к верхнему торцу основной опоры 2. При рабочем вращении w₁ опоры 2 в момент пересечения оси IY-IY с осью О₁-О₁ шар 1 имеет возможность попасть во входную часть загрузочного отверстия 7 и переместиться по отверстию 7 до соприкосновения в точках "в" и "г" с поверхностями 9 и 10 вспомогательной опоры 3. Шар 1 при дальнейшем повороте основной опоры 2 имеет возможность контактировать с ее поверхностями 4, 5 соответственно в точках "а" и "б", самоустанавливаться в рабочей зоне измерения между опорами 2 и 3, а также взаимодействовать с измерительным элементом датчика 19, касаясь его или находясь от него на расстоянии рабочего зазора. В процессе поворота основной опоры 2 на угол (360°-β) и при вращении вспомогательной опоры 3 с переменными угловыми скоростями ω₁-ω₂ шар 1 под действием сил трения с поверхностями 4, 5 и 9, 10 имеет возможность вращаться относительно своего центра O, вокруг оси OX или оси OZ, а также при остановке вращения опор 2 и 3 оставаться неподвижным. За время нахождения шара 1 в рабочей зоне измерения с помощью датчика 19 имеется возможность производить измерение различных параметров шара, контроль его поверхности и состояния поверхностного слоя, которые могут выполняться непрерывно по заданной траектории либо на отдельных отрезках трассы измерения, либо в отдельных точках. Эти программы измерения задаются системой автоматического управления САУ и обеспечиваются непрерывным вращением опор 2 и 3 от управляемых САУ приводов П₁ и П₂ либо периодическим поворотом и остановом по заданной САУ программе опор 2 и 3 за счет сил трения, с которыми вращается или удерживается от поворота контролируемый шар 1. После совершения основной опорой 2 рабочего поворота на угол (360°-β) в момент совмещения оси О₂-О₂ выгрузочного отверстия 8 с рабочей зоной измерения точкой 0 шар 1 имеет возможность под действием подпружиненной опоры 3 попасть во входную часть разгрузочного отверстия 8, скатиться по нему к нижнему торцу опоры 2, затем, при пересечении оси О₂-О₂ с осью Y-Y, попасть в трубопровод 15 устройства выгрузки и проследовать по нему к крану 16. Кран 16 под действием системы управления 21 в соответствии с результатом контроля шара 1 и сигналом, поступившим от датчика 19 через усилитель 20, имеет возможность срабатывать в одну или другую сторону и направлять проконтролированный шар 1 соответственно в емкости 17 или 18.

Работа с предлагаемым способом контроля шара и реализующим его устройством происходит следующим образом. Партию подлежащих контролю шаров 1 засыпают в емкость бункера-накопителя 12. В зависимости от вида контроля задают программу системе автоматического управления САУ и настраивают устройство на данный типоразмер шара 1, для чего опоры 2 и 3 по эталонному шару располагают на соответствующем ему расстоянии друг от друга. По эталону также настраивают датчик 19 и систему управления 21. При необходимости производят подналадку других элементов транспортной и измерительной цепей устройства. Затем включают в работу САУ устройства под действием сигналов, от которой включаются приводы П₁ и П₂ вращения опор 2 и 3, а также подается команда на открытие заслонки отсекателя 13, который выдает один шар 1. Шар 1 попадает в трубопровод 14, перемещается по нему до контакта с верхним торцом вращающейся опоры 2, при пересечении его оси IY-IY с осью О₁-О₁ загрузочного отверстия 7 и, скатившись по нему, шар 1 попадает в рабочую зону измерения.

При дальнейшем повороте основной опоры 2 шар 1, находящийся в рабочей зоне контроля, ограниченной поверхностями 4, 5 и 9, 10, контактирует с ними по пятнам контакта "а", "б", "в", "г" и не имеет возможности линейного перемещения. Шар 1 при этом получает силовое замыкание и, влекомый силами трения, возникающими в четырех пятнах его контакта с опорами 2 и 3, вращающимися с задаваемыми САУ угловыми скоростями ω₁ и ω₂,, начинает вращаться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, проходящих через центр O шара 1 и параллельных осям I-I и II-II вращения опор 2 и 3. Поскольку угловые скорости ω₁ и ω₂ могут иметь переменные составляющие, изменяющиеся по любому закону, например, синусоидального характера, смещенные по фазе друг к другу, то точки поверхности шара 1, в том числе точка его контакта или взаимодействия с измерительным элементом датчика 19, будут описывать неповторяющиеся траектории на его поверхности. Этим при непрерывной схеме измерения обеспечивается быстрое измерение параметров шара 1 в различных неповторяющихся сечениях. При дискретной схеме измерения опоры 2, 3 и шар 1 сначала неподвижны, затем опорам 2 и 3 задаются повороты на требуемые углы и производится контроль параметров шара 1 в заданных участках поверхности или в отдельных точках. Весь цикл контроля шара 1 происходит за один неполный (360°-β) оборот основной опоры 2, поэтому рабочие диаметры поверхностей 4,5 и 9, 10 выбираются таким образом, чтобы контролируемый шар 1 совершил требуемое для измерения количество оборотов. В зависимости от измеряемых параметров шара 1 датчик 19 и его измерительные элементы могут быть различного принципа действия: контактные, бесконтактные, а также выполнять комплексные функции по измерению размера шара 1 и контролю качества его поверхностного слоя. После завершения поворота основной опоры 2 на угол (360°-β), когда с рабочей зоной контроля и центром O шара 1 совместится ось О₂-О₂ выгрузочного отверстия 86, шар 1 под действием подпружиненной вспомогательной опоры 3 сместится в отверстие 8 и под действием силы своего веса скатится по нему и попадет в трубопровод 15, по которому переместится к заслонке крана 16. В зависимости от сигнала датчика 19, преобразованного усилителем 20 и системой управления 21, кран 16 получает соответствующую команду, срабатывает и направляет шар 1 в емкость 17 годных деталей либо в емкость 18 бракованных шаров.

Таким образом, реализация предлагаемого способа контроля шаров позволяет автоматически сортировать их на годные и негодные детали. Реализующее способ устройство может быть использовано, кроме того, для сортировки шаров на селективные группы, а также при обработке шаров. Работоспособность устройства сохраняется при ручном режиме работы и обслуживания.

Реализация и практическое использование предлагаемого способа контроля шаров позволят: повысить точность и качество контроля за счет реализации схемы установки шара в рабочей зоне измерения без избыточных связей минимально достаточными по количеству и равномерно распределенными по поверхности шара динамическими связями в пятнах его контакта с базирующими опорами, что гарантирует обеспечение равномерного распределения действующих на контролируемый шар сил, повышает устойчивость и стабильность положения шара при измерении; повысить производительность и сократить время контроля обеспечением беспрерывного выполнения процессов установки и измерения шара, а также за счет реальной возможности наименьшими затратами реализовать автоматизацию процесса контроля на всех этапах от загрузки до сортировки; расширить технологические возможности контрольного устройства, имеющего в данном случае более открытую рабочую зону контроля, что дает возможность компановки измерительных датчиков с четырех сторон шара и позволяет контролировать одновременно различные его параметры; повысить эксплуатационную надежность контрольного устройства за счет существенного упрощения механической части их конструкции и обеспечения более равномерного износа базирующих поверхностей; за счет повышения качества контроля шаров уменьшить брак собираемых изделий, например шарикоподшипников.

Формула изобретения

Способ контроля шаров, при котором подают шары в рабочую зону измерения, устанавливают шары между двумя размещенными на корпусе с базовой плоскостью основания опорами, одна из которых выполнена с канавкой на наружной поверхности, образованной пересечением двух соосных конусов, вращают опоры вокруг своих осей с разными по величине и направлению скоростями, измеряют при этом требуемые параметры шара в различных неповторяющихся сечениях, удаляют шары из рабочей зоны и сортируют шары согласно результату измерения, отличающийся тем, что выполняют в первой опоре загрузочное и разгрузочное отверстия, смещенные друг относительно друга на угол β в направлении вращения, задают форму, расположение и взаимную ориентацию пятен контакта шара с опорами, выполняют вторую опору аналогично первой, размещают первую опору перпендикулярно базовой плоскости основания, располагают опоры осями вращения перпендикулярно друг другу, сообщают шару самоскольжением поступательное движение при подаче через загрузочное или при удалении через разгрузочное отверстия, производят контроль шара за время поворота первой опоры на угол (360°-β), а подачу и удаление шара из нее за время поворота на угол β.з

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5