Измерительный щуп

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусская государственная политехническая академия(73) Патентообладатель Белорусская государственная политехническая академия(57) Измерительный щуп, содержащий корпус в виде цилиндра, установленный внутри корпуса с возможностью поступательного перемещения вдоль его оси и поворота в любой плоскости, проходящей через его ось,измерительный стержень с шаровой опорой и наконечником в виде шарика, пружину сжатия и ползун, установленный с возможностью поступательного перемещения в цилиндрических направляющих, отличающийся тем, что он снабжен контактной парой, образованной неподвижным электрическим контактом,закрепленным в верхней части корпуса и изолированным от него, и подвижным электрическим контактом,жестко связанным с ползуном, установленным с возможностью поступательного перемещения в цилиндрических направляющих качения, кроме того, шаровая опора установлена на плавающих опорных шариках,размещенных в нижней части корпуса, а измерительный стержень снабжен сферическим толкателем, упирающимся во внутреннюю коническую поверхность ползуна.(56) 1. Приборостроение. - Мн. Вышэйшая школа, 1986. - Вып. 8. -С. 3-5. 2. Прогрессивные методы и средства измерений линейных и угловых величин. - Киев Знание, 1990. С. 10-12. Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для оснащения многомерных многощуповых средств измерения и координатных измерительных машин или станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Известны многомерные многощуповые средства измерения 1, 2, предназначенные для контроля геометрических параметров деталей по результатам измерения координат множества контрольных точек с помощью измерительной головки, объединяющей в одном корпусе соответствующую совокупность измерительных щупов. Известна измерительная модульная головка 3, содержащая корпус, рычаг с полусферическим шарниром на одном конце и измерительным наконечником на другом его конце, стакан, взаимодействующий дном с плоской поверхностью шарнира, узел создания измерительного усилия, преобразователь перемещений, которая кроме всего снабжена стержнем, установленным вдоль оси стакана, закрепленным одним концом на дне стакана и имеющим на другом конце коническое гнездо, вторым соосным стержню рычагом, имеющим аналогичные гнезда на обоих концах, и двумя шарами, один из которых размещен между гнездами стержня и второго рычага, а другой - в гнезде второго рычага, причем узел создания измерительного усилия выполнен в виде пневматического элемента со штуцером для подачи воздуха и дросселирующей втулки с радиальными отверстиями, а преобразователь перемещений выполнен в виде поршня, установленного с зазором во втулке,и катушки, закрепленной на втулке. Недостатками аналога являются ограниченные функциональные возможности с точки зрения использования таких измерительных головок в качестве щупов в составе многомерных многощуповых средств измерений вследствие того, что измерения можно осуществлять только в направлениях, перпендикулярных оси головки (поперечных направлениях), и перемещения наконечника в этих направлениях жестко ограничены, а также сложность конструкции и необходимость подачи сжатого воздуха в корпус измерительной головки. Известна измерительная головка 4, содержащая контактный щуп, установленный на опоре в корпусе с возможностью перемещения в направлении одной координатной оси системы координат. В корпусе размещена измерительная система, с помощью которой перемещения контактного щупа преобразуются в выходной сигнал, кроме того, имеется приспособление, исключающее возможность поворота щупа относительно продольной оси. Недостатками аналога являются невозможность выполнения измерений в направлениях, перпендикулярных оси измерительной головки (поперечных направлениях), а также небольшой свободный ход измерительного наконечника в направлении измерительного перемещения (осевом направлении), что ограничивает функциональные возможности с точки зрения использования таких измерительных головок в качестве щупов в составе многомерных многощуповых средств измерений. Наиболее близким по технической сущности является измерительный щуп 5, содержащий корпус в виде цилиндра, штифт, подвижно смонтированный в корпусе с помощью установленной на нем шаровой опоры и выступающий из корпуса наружу, с наконечником в виде шарика на одном конце и внутренним коническим элементом на втором конце, в который упирается сферический элемент ползуна, за счет чего любое перемещение штифта передается, предпочтительно линейно, на ползун, имеющий возможность перемещаться в осевом направлении щупа в цилиндрических направляющих скольжения и воздействующий при этом на переключающие элементы, генерирующие сигналы измерительной информации, а также пружину сжатия, обеспечивающую требуемое измерительное усилие и постоянное силовое замыкание в кинематической паре, которую образуют сферический элемент ползуна и внутренний конический элемент штифта. Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности с точки зрения использования таких щупов в составе многомерных многощуповых средств измерений вследствие недостаточно высокой чувствительности при выполнении измерений в направлениях, перпендикулярных оси щупа (поперечных направлениях), недостаточно высокой точности измерения, а также сложности конструкции и больших габаритных размеров. В основу полезной модели положена задача создания измерительного щупа, конструктивное выполнение которого позволило бы, за счет увеличения чувствительности при выполнении измерений внаправлениях,перпендикулярных оси щупа (поперечных направлениях), повышения точности фиксирования положений контролируемых точек объектов измерения, уменьшения габаритных размеров, расширить его функциональные возможности с точки зрения использования в составе многомерных многощуповых средств измерений. Сущность полезной модели заключается в том, что измерительный щуп, содержащий корпус в виде цилиндра, установленный внутри корпуса с возможностью поступательного перемещения вдоль его оси и поворота в любой плоскости, проходящей через его ось, измерительный стержень с шаровой опорой и наконечником в виде шарика, пружину сжатия и ползун, установленный с возможностью поступательного 2 145 перемещения в цилиндрических направляющих, дополнительно снабжен контактной парой, образованной неподвижным электрическим контактом, закрепленным в верхней части корпуса и изолированным от него и подвижным электрическим контактом, жестко связанным с ползуном, установленным с возможностью поступательного перемещения в цилиндрических направляющих качения, кроме того, шаровая опора установлена на плавающих опорных шариках, размещенных в нижней части корпуса, а измерительный стержень снабжен сферическим толкателем, упирающимся во внутреннюю коническую поверхность ползуна. На чертеже представлена конструкция измерительного щупа. Измерительный щуп содержит корпус 1 в виде цилиндра, установленный в корпусе 1 измерительный стержень 2 с шаровой опорой 3, наконечником 4 и сферическим толкателем 5 в виде шариков, опорные шарики 6, ползун 7, цилиндрические направляющие качения 8, пружину 9 сжатия, подвижный электрический контакт 10 и неподвижный электрический контакт 11, изолирующую втулку 12. В корпусе 1 подвижно установлен измерительный стержень 2, на одном конце которого закреплен наконечник 4, а на другом - сферический толкатель 5. На измерительном стержне 2 закреплена шаровая опора 3,с помощью которой он базируется в корпусе 1 на опорных шариках 6. Опорные шарики 6 размещены (насыпаны) свободно, без сепаратора, в нижней части корпуса 1 и поэтому их можно считать плавающими. Под действием шаровой опоры 3 они раздвигаются в радиальном направлении по установочной плоской поверхности корпуса 1 до упора в его базовую внутреннюю цилиндрическую поверхность. Постоянное силовое замыкание в такой опоре измерительного стержня 2 обеспечивается пружиной 9 сжатия, которая одновременно служит для создания требуемого измерительного усилия. Такая конструкция опоры измерительного стержня 2 обеспечивает возможность поступательного перемещения стержня 2 вдоль оси корпуса 1 и поворота в любой плоскости, проходящей через эту ось. Все перемещения измерительного стержня 2 передаются ползуну 7 за счет того, что сферический толкатель 5 стержня 2 постоянно контактирует с внутренней конической поверхностью ползуна 7, а постоянное силовое замыкание в этой кинематической паре обеспечивается также пружиной 9 сжатия. Ползун 7 имеет возможность перемещаться в осевом направлении в цилиндрических направляющих качения 8. С ползуном 7 жестко связан подвижный электрический контакт 10, образующий контактную пару с неподвижным электрическим контактом 11, закрепленным в корпусе 1 и изолированным от него с помощью изолирующей втулки 12, выполненной из диэлектрического материала. Измерительный щуп подключается к электрической цепи средства измерения, причем на подвижный электрический контакт 10 подается отрицательный потенциал, а на неподвижный электрический контакт 11 - положительный потенциал. Устройство работает следующим образом. Измерительный щуп своей посадочной наружной цилиндрической поверхностью устанавливается в специальном многомерном многощуповом средстве измерения или в установочном приспособлении трехкоординатной измерительной машины или станка с ЧПУ. При силовом воздействии на наконечник 4 щупа в осевом направлении, когда наконечник 4 соприкасается с контролируемой поверхностью объекта измерения в процессе выполнения измерений в осевом направлении, шаровая опора 3 отрывается от опорных шариков 6 и далее измерительный стержень 2 свободно перемещается вверх по отношению к корпусу 1. При этом сферический толкатель 5 измерительного стержня 2, находящийся в постоянном контакте с внутренней конической поверхностью ползуна 7, смещает ползун 7 в осевом направлении. Как только ползун 7 начинает перемещаться вдоль оси щупа, происходит размыкание его контактной пары, образуемой подвижным электрическим контактом 10 и неподвижным электрическим контактом 11,что и регистрируется блоком индикации контакта средства измерения. В случае силового воздействия на наконечник 4 щупа в любом направлении, перпендикулярном его оси(поперечном направлении), измерительный стержень поворачивается на своей шаровой опоре 3, лежащей на плавающих опорных шариках 6. При этом сферический толкатель 5 оказывает силовое воздействие на внутреннюю коническую поверхность ползуна 7 в направлении, перпендикулярном его оси. В итоге возникает сила, действующая на ползун 7 вдоль его оси, под действием ее ползун 7 перемещается в осевом направлении и в момент начала его движения в этом направлении происходит размыкание контактной пары,образуемой подвижным электрическим контактом 10 и неподвижным электрическим контактом 11 щупа,что также регистрируется блоком индикации контакта средства измерения. Особенностью конструкции измерительного щупа является то, что его чувствительность при выполнении измерений в направлениях, перпендикулярных оси (поперечных направлениях), зависит от положения шаровой опоры 3 в пределах измерительного стержня 2, поскольку в этом случае последний работает как рычаг. При уменьшении расстояния между шаровой опорой 3 и наконечником 4 чувствительность возрастает, а при увеличении этого расстояния - снижается, что и учтено в конструкции предлагаемого измерительного щупа. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3