Система для осмотра дефектов внутренней поверхности и измерения износа каналов нарезных стволов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения износа канала нарезных стволов по полям (выступам) и нарезам (впадинам), измерения износа конусных поверхностей (камор), а также осмотра дефектов внутренней поверхности каналов нарезных стволов. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей, повышение оперативности обработки полученной информации при измерениях, повышение точности измерений. Это достигается за счет того, что, изобретение включает зонд с головкой для осмотра канала и видеокамерой, блок питания и управления с контроллером, электронно-вычислительную машину, монитор, а также дополнительно содержит кассету-переходник, подвижный зонд, выполненный в форме длинного тонкостенного цилиндра, на котором расположены измерительная головка с кольцевым уровнем, подвески передних и задних колес, соединенные с подвижными и неподвижными втулками, расположенными на тонкостенном цилиндре. Кассета-переходник имеет корпус в форме цилиндра с тремя винтовыми линиями нарезами с углом подъема от 7 до 10° и расположенными под углом 120° по отношению друг к другу, одна из торцевых поверхностей цилиндра имеет три выступа для сопряжения с винтовыми нарезами канала ствола, другой торец цилиндра образует усеченный конус для ввода подвижного зонда в кассету-переходник. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения износа канала нарезных стволов по полям (выступам) и нарезам (впадинам), измерения износа конусных поверхностей (камор), а также осмотра дефектов внутренней поверхности каналов нарезных стволов.

Известна система RIB-2000 фирмы "KAPPA" opto-electronics GmbH для осмотра внутренних поверхностей каналов стволов, содержащая две камеры фронтального и бокового осмотра дефектов внутренней поверхности стволов, сменные кольца для базирования прибора в разных по диаметру каналах стволов, монитор с масштабной сеткой для визуального осмотра и измерения дефектов: трещин, каверн, наростов, коррозии и т.д. (1).

Недостатком данного прибора является отсутствие возможности измерения износа канала ствола и конусных поверхностей.

За прототип взята система, описанная в статье "A study on the precision wear measurement for a high friction and high pressurized gun barrel by using a diamond indenter” (2).

В данной статье описывается система и метод прецизионного измерения величины износа канала ствола. Для этого на полях винтовой линии канала ствола наносятся алмазным инструментом специальные насечки с определенными геометрическими параметрами. После этого производят несколько выстрелов, затем проводят с помощью электронного сканирующего микроскопа и профилометра измерения геометрических параметров нанесенных ранее насечек и вычисляют величину износа канала ствола.

Данный способ измерения величины износа канала ствола относится к исследовательской работе и не может быть применен в практической работе, а также имеет существенные недостатки, поскольку он основан на косвенном измерении величины износа канала ствола, очень трудоемок и низкооперативен, дорогостоящий и привносит дополнительные дефекты в канал ствола.

Заявляемое изобретение позволяет решить следующие задачи: расширить функциональные возможности системы, т.е. измерять конусные поверхности, измерять износ внутреннего канала изделия по полям и нарезам, повысить оперативность обработки полученной информации при измерениях, повысить точность измерений, осуществить покадровый просмотр внутренней поверхности канала ствола, осуществить осмотр и измерение износа разных по диаметру каналов нарезных стволов как по полям, так и по нарезам, а также производить осмотр и измерение износа внутренней конусной поверхности.

Это достигается тем, что система для осмотра дефектов внутренней поверхности и измерения износа каналов нарезных стволов, состоящая из зонда подвижного с головкой для осмотра канала и видеокамерой, блока питания и управления (БПУ) с контроллером, электронно-вычислительной машины (ЭВМ), монитора, дополнительно содержит кассету-переходник, подвижный зонд выполнен в форме длинного тонкостенного цилиндра, на котором расположены измерительная головка с кольцевым уровнем, подвески передних и задних колес, соединенные с подвижными и неподвижными втулками, расположенными на тонкостенном цилиндре, причем подвижные втулки соединенные с подвесками передних и задних колес, сопрягаются между собой винтовым механизмом с левой и правой резьбой на его концах, измерительная головка выполнена в виде малого и большого цилиндров, в которых соответственно расположены: в малом - видеокамера со светодиодами, в большом - кольцевой уровень, подвижные колки с двенадцатью отверстиями, образующими концентрическую окружность, на торце большого цилиндра расположены три отверстия, образующие прямоугольный треугольник, кольцевой уровень расположен в фокусе линзы видеокамеры, измерительная головка содержит двенадцать подвижных колков, причем шесть из них контактируют с полями винтовой нарезки, а шесть контактируют с нарезами ствола, кассета-переходник имеет корпус в форме цилиндра с тремя винтовыми линиями-нарезами с углом подъема от 7 до 10° и расположенными под углом 120° по отношению друг к другу, одна из торцевых поверхностей цилиндра имеет три выступа для сопряжения с винтовыми нарезами канала ствола, другой торец цилиндра образует усеченный конус для ввода подвижного зонда в кассету-переходник, каждая подвеска состоит из трех звеньев образующих рычажную треугольную форму и расположенных друг по отношению к другу под углом 120°, каждое звено подвески состоит из опорного рычага, одним концом опирающегося на неподвижную втулку, колеса, закрепленного на втором конце опорного рычага, малого составного рычага, малые составные рычаги выполнены П-образной формы и имеют шток с пружиной, который опирается одним концом через шайбу на пьезоэлемент, а другим концом сопрягается шарнирно с опорным рычагом, малый составной рычаг шарнирно сопрягается через шток с опорным рычагом на расстоянии 1/3 длины опорного рычага от колеса, корпуса малых составных рычагов сопрягаются через шарниры с подвижными втулками, колеса повернуты на угол, вокруг своей вертикальной оси, равный углу подъема винтовой линии винтового механизма ствола, колеса передней подвески выполнены с профилем винтовой линии ствола, а колеса задней подвески покрыты резиной бочкообразной формы с радиусом кривизны внутреннего диаметра ствола.

На фиг.1 показан состав системы измерения и контроля, где обозначено:

1 - Дульный тормоз.

2 - Кассета-переходник.

3 - Зонд подвижный.

4 - Электронно-вычислительная машина (ЭВМ).

5 - Блок питания и управления (БПУ) с контроллером.

6 - Монитор.

На фиг.2 показана конструкция подвижного зонда, где обозначено:

7 - Тонкостенный цилиндр.

8 - Подвеска передних колес.

9 - Подвеска задних колес.

10 - Головка измерительная.

11 - Головка для осмотра поверхностей.

На фиг.3 показан вид А зонда, где обозначено:

12 - Колеса передней подвески.

13 - Колеса задней подвески.

На фиг.4 показана конструкция каретки зонда, где обозначено:

14 - Колеса передней подвески.

15 - Колеса задней подвески.

16 - Малый составной рычаг.

17 - Опорный рычаг.

18 - Подвижная втулка.

19 - Опорная втулка.

20 - Винтовой механизм для раздвижения колес.

На фиг.5 показана конструкция малого рычага, где обозначено:

21 - Корпус рычага.

22 - Шток.

23 - Пружина.

24 - Шайба.

25 - Пьезоэлемент.

На фиг.6 показано колесо передней подвески, где обозначено:

26 - Поверхность колеса, движущаяся по полям винтовой линии.

27 - Поверхность колеса, движущаяся по впадине винтовой линии.

На фиг.7 показано колесо задней подвески, где

28 - Профиль колеса (бочкообразный).

На фиг.8 показана измерительная головка, где обозначено:

29 - Малый цилиндр.

30 - Большой цилиндр.

31 - Колки подвижные.

32 - Видеокамера со светодиодами.

33 - Кольцевой уровень.

На фиг.9 показано сечение А-А малого цилиндра измерительной головки, где обозначено:

34 - Отверстия подвижных колков.

35 - Отверстия, расположенные на торце большого цилиндра.

На фиг.10 показана кассета-переходник, где обозначено:

36 - Корпус.

37 - Нарезы.

38 - Конус.

39 - Выступы.

Система измерения и осмотра нарезных стволов состоит из кассеты-переходника 2, зонда подвижного 3, ЭВМ 4, БПУ 5, монитора 6.

Зонд 3 конструктивно состоит из длинного тонкостенного цилиндра 7, на котором располагаются три звена подвески передних колес 8 и три звена подвески задних колес 9, измерительная головка 10 с подвижными колками 31, головка для осмотра канала и камор ствола 11. Звено передней подвески 8 состоит из колеса 12, закрепленного на опорном рычаге 17, с которым шарнирно сопрягается малый составной рычаг 16 через шток 22. Опорный рычаг 17 одним концом опирается на опорную неподвижную втулку 19, а малый рычаг 16 одним из концов опирается на подвижную втулку 18. Задняя подвеска 9 отличается от передней подвески 8 бочкообразной формой колес. Подвижные втулки 18 передней и задней подвесок 8, 9 соединяются при помощи винтового механизма 20, имеющего на концах правую и левую резьбу. При вращении винтового механизма 20 втулки 18 подвесок 8, 9 движутся либо навстречу друг другу, либо в противоположные стороны, тем самым через опорные рычаги 17 раздвигая или опуская колеса 12, 13. Конструкция малого рычага 16 состоит из П-образного корпуса 21 подвижного штока 22, пружины 23, шайбы опорной 24 и пьезоэлемента 25. Рычагами 16 и 17 настраиваются на определенные диаметры стволов, а пружинами 23 “выбирается” износ диаметра ствола.

С тонкостенным цилиндром 7 сопрягается измерительная головка 10, состоящая из малого цилиндра 29, большого цилиндра 30, в которых расположены колки подвижные 31 с отверстиями 34, видеокамера со светодиодами 32 и кольцевой уровень 33. Отверстия 34 расположены в корпусе большого цилиндра 30.

Кассета-переходник 2 состоит из корпуса 36 с тремя винтовыми нарезами 37, выступов 39. Один из торцов кассеты-переходника выполнен в виде усеченного конуса 38.

Перед измерением износа канала ствола производится калибровка зонда в специальном калибре с винтовыми линиями.

Подвижный зонд 3 вставляют в калибр нужного диаметра и при отсутствии определенного усилия прижима колес 12, 13 к поверхности калибра датчики на пьезоэлементах 25 посылают команду на раздвижение колес через винтовой механизм 20. При достижении определенного усилия раздвижение колес 12, 13 прекращается и производится калибровка зонда на специальном стенде. ЭВМ 4 запоминает координаты отверстий 34 подвижных колков 31. Затем зонд 3 вставляют в кассету-переходник 2 и далее в дульный тормоз 1, таким образом производят сопряжение кассеты-переходника 2 с каналом ствола.

Микропроцессорный контроллер БПУ 5 осуществляет связь зонда 3 с ЭВМ 4 и обеспечивает управление всеми узлами зонда 3. По командам ЭВМ 4 контроллер запускает и останавливает движение зонда 3 с измерительной головкой 10 для осмотра ствола. По командам ЭВМ 4 микропроцессорный контроллер осуществляет автоматическое регулирование разведения рычагов 16, 17 с колесами 12, 13 для обеспечения контакта с определенным усилием прижима колес к полям ствола. Для обеспечения такого управления контроллер получает информацию об указанных усилиях от специальных датчиков 25 на пьезоэлементах, расположенных на малых рычагах 16. Кроме того, контроллер обрабатывает информацию от датчика перемещения зонда 3 - кольцевого уровня (датчика угла поворота) 33.

При работе системы ЭВМ вычисляет координаты отверстий 34 колков 31, сравнивает их с паспортными значениями, полученными при специальной калибровке измерительной головки 10.

ЭВМ через контроллер БПУ 5 подает команду на движение зонда 3 по стволу, при этом производится одновременно как измерение колками 31 диаметра ствола по полям и нарезам, так и осмотр его внутренней поверхности. Осмотр осуществляется поворотом видеокамеры 11 последовательно на шесть позиций через 60°. ЭВМ 4 сравнивает полученные результаты с результатами, полученными при калибровке, вычисляет износ ствола и выдает на дисплей монитора 6 развернутую картину состояния внутренней поверхности ствола (по кавернам, по трещинам, по раковинам, по коррозии и т.д.).

Технические решения, положенные в основу конструкции системы измерения и осмотра нарезных стволов, выполнены на современном уровне развития измерительной техники с использованием отечественной элементной базы, в настоящий момент идет подготовка к выпуску опытных образцов.

Библиографические данные

1. Проспект “Система RIB-2000 фирмы “KAPPA” opto-electrohics GmbH.

2. Статья ″A study on the precision wear measurement for a high friction and high pressurized gun barrel by using a diamond indenter”. Dong-Yoon Chung, Hosung Kong, Suk-Hyun Nam. 0043-1648,99.S-see front matter 1999 г. Published by Elsevier Science S.A. All rights reserved. Pll: S0043-1648(99)00047-2.

1. Система для осмотра дефектов внутренней поверхности и измерения износа каналов нарезных стволов, состоящая из зонда подвижного с головкой для осмотра канала и видеокамерой, блока питания и управления (БПУ) с контроллером, электронно-вычислительной машины (ЭВМ), монитора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит кассету-переходник, имеющую корпус в форме цилиндра с тремя винтовыми линиями - нарезами и торцевыми поверхностями, одна из которых имеет три выступа для сопряжения с винтовыми нарезами канала ствола, а другая торцевая поверхность цилиндра образует усеченный конус для ввода подвижного зонда в кассету переходник, подвижный зонд выполнен в форме длинного тонкостенного цилиндра, на котором расположены измерительная головка с кольцевым уровнем, подвески передних и задних колес, соединенные с подвижными и неподвижными втулками, расположенными на тонкостенном цилиндре.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что подвижные втулки, соединенные с подвесками передних и задних колес, сопрягаются между собой винтовым механизмом с левой и правой резьбами на его концах.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что измерительная головка выполнена в виде малого и большого цилиндров, в которых соответственно расположены: в малом - видеокамера со светодиодами, в большом - кольцевой уровень, подвижные колки с двенадцатью отверстиями, образующими концентрическую окружность, на торце большого цилиндра расположены три отверстия, образующие прямоугольный треугольник.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что кольцевой уровень расположен в фокусе линзы видеокамеры.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что измерительная головка содержит двенадцать подвижных колков, причем шесть из них контактируют с полями винтовой нарезки, а шесть контактируют с нарезами ствола.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что три винтовые линии–нарезы в корпусе кассеты-переходника выполнены с углом подъема 7 - 10° и расположены под углом 120° по отношению друг к другу.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждая подвеска состоит из трех звеньев, образующих рычажную треугольную форму и расположенных по отношению друг к другу под углом 120°.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что каждое звено подвески состоит из опорного рычага, одним концом опирающимся на неподвижную втулку колеса, закрепленного на втором конце опорного рычага, малого составного рычага.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что малые составные рычаги выполнены П-образной формы и имеют шток с пружиной, который опирается одним концом через шайбу на пьезоэлемент, а другим концом сопрягается шарнирно с опорным рычагом.

10. Система по п.8, отличающаяся тем, что малый составной рычаг шарнирно сопрягается через шток с опорным рычагом на расстоянии 1/3 длины опорного рычага от колеса.

11. Система по п.8, отличающаяся тем, что корпуса малых составных рычагов сопрягаются через шарниры с подвижными втулками.

12. Система по п.8, отличающаяся тем, что колеса повернуты на угол вокруг своей вертикальной оси, равный углу подъема винтовой линии винтового механизма ствола.

13. Система по п.8, отличающаяся тем, что колеса передней подвески выполнены с профилем винтовой линии ствола, а колеса задней подвески покрыты резиной бочкообразной формы с радиусом кривизны внутреннего диаметра ствола.