Способ определения смещения и угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки

 

Использование: в измерительной технике, в частности для определения смещения между осями в измерительных установках. Сущность изобретения: в способе определения смещения и угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки, заключающимся в том, что производят вращение платформы с установленной на оси деталью, перемещают измерительную головку, измеряют расстояние от оси перемещения измерительной головки до точек поверхности детали и перемещения самой измерительной головки, по полученным данным определяют смещение и угол рассогласования, в качестве детали используют эталон в виде правильного параллелепипеда со стороной основания "а", жестко установленный на платформе, формируют два значения перемещения измерительной головки H_i, где i = 1,2, каждое для соответствующего угла поворота платформы α_i, при котором значение R_1i расстояния от оси измерительной головки до боковой поверхности эталона минимально, далее фиксируют расстояние R_2i, R_3i и R_4i, соответственно, при повороте платформы на углы α_i+β,α_i+180°, α_i+β+180°,, при этом угол β выбирают менее 45^o, о величине смещения и угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки судят по составляющим этих величин. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике определения смещения между осями в измерительных установках.

Известен способ определения угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки, включающий измерение координат измерительной головки относительно базовой поверхности с помощью специальных (дополнительных) инструментов и определения смещения и угла рассогласования по результатам измерения (Боднер В.А. Алферов А.В. Измерительные приборы. Издательство стандартов, 1986, с.100, рис.5, 4).

Недостаток этого способа состоит в сложности определения (дополнительного конструирования) базовой поверхности, однозначно характеризующей с заданной точностью положение измерительной головки относительно этой поверхности, а также в необходимости использования дополнительного измерительного оборудования.

Наиболее близким техническим решением является способ определения смещения и угла рассогласования, включающий измерение расстояния R от оси перемещения измерительной головки до точек поверхности и самого перемещения H измерительной головки, и сведение к минимуму с помощью регулировки смещения и составляющих угла рассогласования по результатам измерения (патент СССР N 1718735, C 01 B 7/28, 1992).

Недостаток этого способа состоит в сложности его реализации из-за необходимости проектирования регулирующего приспособления, позволяющего изменять расположение в пространстве оси чувствительности измерительной головки, при этом за счет этого приспособления ухудшается точность измерения.

Техническая задача изобретения упрощение реализации за счет отсутствия необходимости регулировки и повышение точности.

Технический результат достигается тем, что в способе смещения и угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки, заключающемся в том, что производят вращение платформы с установленной на ней деталью, перемещают измерительную головку, измеряют расстояния от оси перемещения измерительной головки до точек поверхности детали и перемещения самой измерительной головки, по полученным данным определяют смещение и угол рассогласования, согласно изобретения, в качестве детали используют эталон в виде правильного параллелепипеда со сторонами основания "а", жестко установленный на платформе, формируют два значения перемещения измерительной головки H_i, где i 1,2, каждое для соответствующего угла поворота платформы α_i, при котором значение R_1i расстояния от оси измерительной головки до боковой поверхности эталона минимально, далее фиксируют расстояния R_2i, R_3i и R_4i, соответственно, при повороте платформы на углы α_i+β, α_i+180° и α_i+β+180°, при этом угол β выбирают менее 45^o, о величине смещения и угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки судят по составляющим этих величин из зависимостей: и составляющие v_k и ϕ_y угла рассогласования в виде: а текущие значения Δx и Δy для произвольной высоты H определяют в виде, Δx = Δx_о+ H·tgϕ_x , Δy = Δy_о+ Htgϕ_y На фиг. 1 представлена схема расположения осей измерения и перемещения измерительной головки и системы координат. На этой схеме X, Y, H базовая (исходная) система координат (базис I), L₁ ось вращения платформы (совпадает с осью ОН), L₂ ось перемещения измерительной головки, X₂, Y₂, H₂ система координат (базис II), связанная с измерительной головкой. H₂ совпадает с осью L₂, X₂ перпендикулярна H₂ и совпадает с направлением измерения, Y₂ перпендикулярна плоскости H₂O₂X₂, O₂ начало координат в базисе II точка пересечения оси L₂ с плоскостью XOY, ϕ_y угол между осью L₂ и плоскостью YOH, ϕ_x угол между осью L₂ и плоскостью XOH, Δx_о, Δy_о- координаты точки O₂ в базисе I (начальное смещение оси L₂).

На фиг.2 изображена схема проведения измерений.

На фиг. 3 приведен пример установки, для которой применим предлагаемый способ. Здесь I измерительная головка, перемещающаяся в вертикальном направлении, 2 вращающаяся платформа, 3 установленный на платформе эталон.

На фиг. 4 изображена схема измерений при фиксированном значении высоты измерительной головки. На ней учтено возможное несовпадение осей эталона и платформы. Ось платформы проходит через точку О, ось измерительной головки - через точку O₁, ось эталона при проведении измерений последовательно проходит через точки S₁, S₂, S₃, S₄. Эталон в сечении горизонтальной плоскостью при этом образует квадраты A_j B_j C_j D_j со стороной "а". Направление измерения совпадает с осью X, координаты точки О₁ равны Δx_i и Δy_i. Измеренные расстояния R_ji O₁ M_j при j 1-4.

Рассмотрим процесс определения координат Δx и Δy смещения оси перемещения измерительной головки L₂ в базисе I. Пусть на вращающейся платформе 2 установлен эталон 3 в виде правильного параллелепипеда со стороной "а" и осью симметрии, совпадающей с осью вращения платформы L.

Считается, что измерительная головка осуществляет измерение от точек, расположенных на линии L₂, до точек поверхности эталона в направлении оси ОХ.

Из начального положения включим двигатель и зафиксируем минимальное из измеренных расстояний R₁₁ при некотором перемещении измерительной головки 1 H₁ (фиг. 3). Пусть этому положению соответствует угол α_i поворота платформы 2. Повернем платформу 2 от этого положения на угол β<45 и зафиксируем расстояние R₂₁ до поверхности эталона. Приведем платформу 2 в положение, которому соответствует угол поворота α_i+ 180° и зафиксируем расстояние R₃₁ до поверхности эталона. Приведем платформу 2 в положение, которому соответствует угол поворота α_i+β + 180^o и зафиксируем расстояние R₄₁ до поверхности эталона (фиг. 2). Угол β выбирается меньше 45^o для того, чтобы фиксируемое расстояние R₂₁ относилось к той же боковой грани параллелепипеда, что и фиксируемое расстояние R₁₁, а R₄₁ к той же грани, что и R₃₁.

Обозначим расстояние от точки S₁ до отрезка расстояние от точки S₂ до отрезка , расстояние от точки S₃ до отрезка , расстояние от точки S₄ до отрезка (фиг.4). Для обоснования приведенных формул сначала докажем: Если обозначить расстояние между параллельными отрезками [A₁B₁] и и учесть что S_j центр квадрата A_jB_jC_jD_j, то:
Аналогично доказывается 2.

Обозначим расстояние от точки O₁ до отрезка [A₁B₁]L₁, до отрезка [A₂B₂] L₂, до отрезка [C₃D₃]L₃, до отрезка [C₄D₄]L₄
Из формул I и 2 и вследствие того, что O₁ центр отрезков [S₁S₃] и [S₂S₄] следует, что:


Для получения текущих значений координат смещения Δx и Δy от перемещения измерительной головки H определяем значение Δx_о и Δy_о в плоскости XOY (при H 0), а также значения углов ϕ_x и ϕ_y (фиг.1). Это легко сделать методом решения подобных треугольников.

тогда текущие значения Δx и Δy будут равны
Δx = Δx_о+ H·tgϕ_x, Δy = Δy_о+ H·tgϕ_y
Способ определения составляющих смещения Δx_о и Δy_о и составляющих ϕ_x и ϕ_y угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки позволяет исключить операции регулировки (сведение к нулю составляющих Δx и Δy смещения и составляющих ϕ_x и ϕ_y угла), что существенно упрощает конструкцию измерительной установки и позволяет повысить точность измерения. Например, при ϕ_x= ϕ_y 0,05^o, Δx = Δy = 0,2мм 0,2 мм (возможные пределы регулировки при использовании известной измерительной установки и способа) погрешность измерения расстояний ΔR при измеряемых расстояниях R 200 мм и H 300 мм равно 0,7 мм.

Формула изобретения

Способ определения смещения и угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки, заключающийся в том, что производят вращение платформы с установленной на ней деталью, перемещают измерительную головку, измеряют расстояния от оси перемещения измерительной головки до точек поверхности детали и перемещения самой измерительной головки, по полученным данным определяют смещение и угол рассогласования, отличающийся тем, что в качестве детали используют эталон в виде правильного параллелепипеда со стороной основания "а", жестко установленный на платформе, формируют два значения перемещения измерительной головки H_i, где i 1, 2, каждое для соответствующего угла поворота платформы α_i, при котором значение R_1i расстояния от оси измерительной головки до боковой поверхности эталона минимально, далее фиксируют расстояние R_2i, R_3i и R_4i соответственно, при повороте платформы на углы α_i+β, α_i+180° и α_i+β+180°, при этом угол β выбирают менее 45^o, о величине смещения и угла рассогласования между осью вращения платформы и осью перемещения измерительной головки судят по составляющим этих величин, а составляющие смещения DX_o,ΔX_i и ΔY_o,ΔY_i и составляющие ϕ_x и ϕ_y угла рассогласования определяются из зависимостей





в

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4