Стержневой демпфированный виброгенераторный преобразователь

Авторы патента:

G01B7/34 - для измерения шероховатости или неровностей поверхностей

Владельцы патента RU 2654947:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный аграрный университет" (Уральский ГАУ) (RU)

Использование: в качестве первичного преобразователя для контроля размерных параметров деталей в технологических процессах обработки заготовок и деталей на металлорежущих станках. Сущность изобретения заключается в том, что стержневой демпфированный виброгенераторный преобразователь содержит корпус, вибратор, виброгенератор, измерительный шток, прикрепленный к корпусу посредством упругих элементов и жестко связанный с якорями вибратора и виброгенератора, при этом в корпус введен дополнительный кольцевой постоянный магнит, расположенный аксиально между вибратором и виброгенератором, а якорь вибратора снабжен постоянным магнитом, закрепленным на измерительном штоке под виброгенератором при расположении одноименных полюсов введенных магнитов напротив друг друга, создавая магнитный демпфер для измерительного штока и наконечника. Технический результат: повышение динамической устойчивости, надежности и долговечности стержневого демпфированного виброгенераторного преобразователя при контроле прерывистых поверхностей. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике в технологии металлов и используется в качестве первичного преобразователя для контроля размерных параметров деталей в технологических процессах обработки заготовок и деталей на металлорежущих станках.

Освоение и расширение производства стержневых демпфированных виброгенераторных преобразователей может позволить приступить к импортозамещению существующих подобных систем на машиностроительных предприятиях (см. Александров В.А. Технологические и метрологические возможности станочного оборудования активного контроля в серийном производстве: монография / В.А. Александров, Г.М. Тромпет, Екатеринбург: УрГАУ, 2014. - 232 с.).

Известно виброконтактное измерительное устройство по а.с. №446742, кл. G01B 7/12, в котором измерительные рычаги упруго связаны с корпусом посредством витых пружин. Использование витых пружин не обеспечивает необходимых метрологических характеристик вследствие наличия люфта на оси, посаженной на подшипник качения, и перемещения одного конца витой пружины относительно другого в направлении, перпендикулярном рабочему движению измерительного рычага.

Известен виброгенераторный преобразователь по патенту на изобретение №2270415 от 20.02.2006 г. и универсальный виброконтактный преобразователь размеров по патенту на изобретение №2310814 от 20.11.2007 г. Недостатком первой конструкции является установка датчика в определенное положение относительно технологического перемещения деталей при их контроле и невыполнение принципа Аббе, т.е. нерасположения на одной прямой линий измерения и передачи измерительного импульса, при этом электромагнитное усилие, направленное не по оси штока, создает момент, отклоняющий шток в зависимости от величины плеча между штоком и электромагнитным усилием. Существует патент на полезную модель «Устройство для непрерывного контроля обрабатываемой прерывистой поверхности» №90892, опубл. 20.01.2010 г., бюллетень №2. Как показали заводские испытания, невысокая жесткость подвески не в состоянии демпфировать постоянные удары перемещающихся деталей о измерительный наконечник устройства.

Известен также «Стержневой виброгенераторный преобразователь» по патенту на изобретение №2552391 от 10.06.2015 г., бюллетень №16. Однако в сложных условиях эксплуатации обработка деталей (заготовок) сопровождается возникновением пучка искр, при высокой скорости технологического перемещения деталей (заготовок) в процессе снятия припуска возникают удары измерительного наконечника о кромки обрабатываемых деталей, что нарушает процесс контроля. Кроме того, заусенцы на кромках деталей, неравномерность высоты деталей, прерывистость измеряемой поверхности (измерительный наконечник опускается в разрывы между деталями) также влияют на точность контроля размеров (см. Александров В.А. Внедрение станочных систем активного контроля при обработке прерывистых поверхностей / В.А. Александров, А.Н. Вилков, Ю.В. Вилкова, Г.М. Тромпет // Вестник машиностроения, 2016. - №8).

При этом сложные условия эксплуатации могут приводить к поломке подвесной системы. Для компенсации вышеприведенных явлений используются различные компенсационные устройства, демпферы (механические или гидравлические), смягчающие удар измеряемой поверхности об измерительный шток прибора (датчика) (см. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием / В.Н. Михелькевич. М.: Машиностроение, 2005. - 304 с.) стр. 190. Контроль прерывистых поверхностей невозможен, так как измерительный наконечник опускается в разрывы контролируемой поверхноси.

Задачей изобретения является повышение динамической устойчивости, надежности и долговечности стержневого демпфированного виброгенераторного преобразователя при контроле прерывистых поверхностей при расширении ассортимента таких приборов за счет снижения усталостных нагрузок, воспринимаемых упругими элементами подвески измерительного стержня, и придание дополнительного демпфирующего усилия.

Задача решается тем, что якорь вибратора снабжен дополнительной магнитной подвеской с постоянным магнитом, а в корпус введен дополнительный постоянный магнит, расположенный аксиально между вибратором и виброгенератором, причем условием работы виброгенераторного преобразователя с магнитным демпферным устройством является расположение одноименных полюсов введенных постоянных магнитов напротив друг друга. Такое расположение одноименных полюсов создает магнитную подвеску и частично компенсирует перемещение измерительного штока от ударов и других внешних факторов, являясь демпфером для измерительного немагнитного стержня, повышая точность измерения и в результате точность и надежность всей измерительно-управляющей системы.

Устройство включает корпус, вибратор, виброгенератор, измерительный стержень, прикрепленный к корпусу посредством упругих элементов и жестко связанных с якорями вибратора и виброгенератора. В корпус вводятся два дисковых постоянных магнита. Один из них устанавливается на якорь вибратора, другой расположен аксиально между якорем вибратора и вновь вводимого экраном виброгенератора. Условием работы всего виброгенераторного преобразователя является расположение одноименных полюсов, введенных магнитов, напротив друг друга. Это позволяет создать предохранительный демпфер при контроле прерывистых поверхностей перемещающихся обрабатываемых деталей (заготовок).

На фиг. 1 изображена предложенная конструкция стержневого демпфированного виброгенераторного преобразователя с магнитным демпфером в разрезе.

Стержневой виброгенераторный преобразователь (фиг. 1) содержит корпус 1, прикрепленную к корпусу нижнюю крышку 2, виброгенератор 3 с сердечником, собранным с магнитами, вибратор 4, упругие элементы верхние 5 и нижние 6, измерительный шток 7, соединенный с сердечником виброгенератора 3 и с наконечником 8. На верхний конец якоря вибратора 4 установлен дисковый постоянный магнит 9, а в корпус 1 с встречными полюсами установлен кольцевой дисковый магнит 10 и экран 11.

Виброгенераторный преобразователь работает следующим образом. При подаче питающего переменного напряжения на катушку вибратора 4 измерительный шток 7, являясь одновременно якорем вибратора 4, с якорем генератора 3 через упругие элементы 5 и 6 приводятся в колебательное движение. В катушке виброгенератора 3 индуцируется ЭДС (Е=dФ/dt), пропорциональная изменению скорости магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом якоря виброгенератора 3.

При проведении измерений размеров обрабатываемых деталей (заготовок) измерительный стержень 7 контактирует через наконечник 8 с измеряемой поверхностью, и в зависимости от изменения размеров деталей изменяется амплитуда колебаний измерительного стержня 7 и якоря виброгенератора 3, при этом в катушке виброгенератора 3 индуцируется ЭДС, пропорциональная амплитуде колебаний, что регистрируется любым отсчетным устройством (на чертеже не показан).

При работе преобразователя, то есть при колебательном движении измерительного штока, наиболее нагруженными деталями являются упругие элементы 5 и 6. Для снятия ударных нагрузок, которые неизбежно появляются при измерении прерывистых поверхностей, имеется демпфер, состоящий из двух встречно установленных полюсами дисковых постоянных магнитов 9 на стержне и 10 в корпусе. С целью ликвидации влияния магнитного потока от постоянного магнита 10 на обмотку катушки виброгенератора введен экран 11. Создание магнитного демпфера снижает усталостную нагрузку, действующую на упругие элементы, повышает динамическую устойчивость, надежность и долговечность работы виброгенераторного преобразователя, устраняет неизбежно возникающие колебания высшего порядка измерительного стержня, повышая точность измерения.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемый преобразователь отличается от прототипа тем, что, введя магнитную подвеску и дополнительные элементы - два встречных по полюсам дисковых постоянных магнита, устраняется высокая динамичность процесса измерения (точность измерения должна быть 0,001 мм). Это неизбежно приводит к повышению точности управления технологическими процессами механической обработки прерывистых поверхностей деталей.

Таким образом, заявляемый стержневой виброгенераторный преобразователь с магнитным демпфером соответствует критерию изобретения "НОВИЗНА". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "СУЩЕСТВЕННЫЕ ОТЛИЧИЯ".

Промышленная эксплуатация систем активного контроля с использованием разработанного стержневого виброгенераторного преобразователя с магнитным демпфером показала высокую надежность и работоспособность датчика, а эксплуатация всей измерительно-управляющей системы в комплексе (стержневой виброгенераторный преобразователь + отсчетно-командный блок + система управления станком + обрабатываемая изготовляемая деталь) обеспечила повышение точности обработки на 12-14% за счет магнитного демпфирования ударов кромок контролируемых деталей, проходящих под измерительным наконечником.

1. Стержневой демпфированный виброгенераторный преобразователь, содержащий корпус, вибратор, виброгенератор, измерительный шток, прикрепленный к корпусу посредством упругих элементов и жестко связанный с якорями вибратора и виброгенератора, отличающийся тем, что в корпус введен дополнительный кольцевой постоянный магнит, расположенный аксиально между вибратором и виброгенератором, а якорь вибратора снабжен постоянным магнитом, закрепленным на измерительном штоке под виброгенератором при расположении одноименных полюсов введенных магнитов напротив друг друга, создавая магнитный демпфер для измерительного штока и наконечника.

2. Стержневой демпфированный виброгенераторный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что измерительный шток выполнен удлиненным и сборным, включающим последовательно магнитный якорь виброгенератора, измерительный стержень, являющийся сердечником вибратора с закрепленным на нем измерительным наконечником.

3. Стержневой демпфированный виброгенераторный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что совместное расположение магнита вибратора и дополнительно введенного постоянного магнита является демпфером для измерительного стержня, выполненного из немагнитного материала

Использование: для измерения высоты ступенчатых особенностей на гладких поверхностях. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает проведение в вакууме термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала пропусканием электрического тока с резистивным нагревом до температуры активируемой сублимации атомов, отжиг сочетают с подачей потока осаждаемого на поверхность материала подложки, перед отжигом на рабочей поверхности подложки формируют рельеф с геометрией и поперечным размером, определяемыми в оптический микроскоп, в составе рельефа выполняют углубление, в котором боковая часть расположена под углом ±45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности подложки, отжигом в дне углубления и вокруг углубления с примыканием к краю формируют две опорные поверхности, в боковой части углубления получают, сочетая отжиг с подачей потока материала подложки, калибровочную ступень и средство для определения калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, ступенчатый высотный калибровочный эталон содержит на подложке пару опорных поверхностей, расположенных друг относительно друга с образованием калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества моноатомных ступеней, одна опорная поверхность - в дне углубления, другая - примыкает к краю углубления, в боковой части углубления сформированы калибровочная ступень калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности, при этом для опорных поверхностей характерна субангстремная шероховатость и достаточные для оптических измерений размеры.

Способ контроля поверхности катания железнодорожных колёс в движении // 2625256

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для обнаружения дефектов поверхности катания железнодорожных колес в движении. Сущность: на участке пути на рельс на середине высоты устанавливают тензодатчики парами симметрично с двух сторон шейки рельса и ориентируют вертикально.

Датчик контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов // 2624660

Использование: для создания датчиков контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что датчик контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов содержит электроды, выполненные в виде двух плоских гребенок, имеющих зубья и основание в виде плоских прямоугольников, соединенных между собой и нанесенных на плоское диэлектрическое основание датчика, зубья одной гребенки входят в зазоры между зубьями второй гребенки с образованием равномерно чередующихся зубьев и зазоров между ними, ширина зазора между зубьями равна ширине зуба, при этом упомянутые электроды включены в схему измерения емкости между этими электродами, где с двух диаметрально расположенных углов датчика установлены дополнительные электроды таким образом, что на каждом упомянутом углу располагаются, по меньшей мере, два плоских Г-образных электрода, при этом внутренний Г-образный электрод образован зубом и основанием соответствующей плоской гребенки.

Датчик контроля толщины осадка // 2624657

Использование: для создания датчиков контроля толщины осадка в осадкообразующих жидкостях. Сущность изобретения заключается в том, что датчик контроля толщины осадка содержит электроды, выполненные в виде двух плоских гребенок, имеющих зубья и основание в виде плоских прямоугольников, соединенных между собой и нанесенных на плоское диэлектрическое основание датчика, зубья одной гребенки входят в зазоры между зубьями второй гребенки с образованием равномерно чередующихся зубьев и зазоров между ними, ширина зазора между зубьями равна ширине зуба, погружаемые в сосуд с жидкостью, образующей осадок, электроды включены в схему измерения емкости между этими электродами, где с двух диаметрально расположенных углов датчика установлены дополнительные электроды таким образом, что на каждом упомянутом углу располагаются по меньшей мере три плоских Г-образных электрода, при этом внутренний Г-образный электрод образован зубом и основанием соответствующей плоской гребенки.

Система и способ измерения поверхности // 2608326

Данное изобретение относится, в целом, к области абразивной подготовки поверхности, а более конкретно к способам и устройству измерения профиля подготовленной поверхности.

Способ изготовления иглы кантилевера сканирующего зондового микроскопа // 2562164

Использование: для изготовления иглы кантилевера сканирующего зондового микроскопа. Сущность изобретения заключается в том, что для изготовления иглы кантилевера используют хрупкую прозрачную подложку, которую заполняют оптически прозрачной жидкостью и в горизонтальном положении укладывают в пластическую массу, которую периодически замораживают и размораживают.

Устройство автоматического контроля прямолинейности сварных стыков рельсов и способ его использования // 2520884

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство используют для контроля отклонения от прямолинейности поверхности боковой рабочей грани головки рельса в горизонтальной плоскости и поверхности катания головки рельса в вертикальной плоскости бесконтактным методом.

Способ определения кинетики износа поверхностей деталей машин // 2494342

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам изучения процесса износа поверхностей деталей машин. Сущность: подают ток на контактирующие детали, нагруженные в соответствии с реальными условиями эксплуатации.

Способ обнаружения дефектов поверхности катания колес железнодорожных транспортных средств в движении // 2480711

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для обнаружения дефектов поверхности катания колес железнодорожных транспортных средств в движении.

Способ измерения шероховатости поверхности в процессе электролитно-плазменной обработки // 2475700

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для контроля шероховатости поверхности электропроводных изделий, например, из нержавеющей стали в процессе электролитно-плазменной обработки.