Измерительная головка

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Соломахо Дмитрий Владимирович Минченя Владимир Тимофеевич Кримцова Елена Михайловна(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Измерительная головка, содержащая корпус, концентратор ультразвуковых колебаний, пьезоэлектрический преобразователь, измерительный наконечник и электронный блок, содержащий генератор электрических колебаний, регистратор изменения амплитуды и формирователь командных сигналов, отличающаяся тем, что концентратор ультразвуковых колебаний выполнен в виде стержня переменного сечения с экспоненциальной образующей, пьезоэлектрический преобразователь составлен из двух пьезокерамических дисков, один из которых является преобразователем энергии, а другой - датчиком амплитуды колебаний, а электронный блок выполнен в виде микроконтроллера.(56) 1. Патент РБ 145, МПК 01 В 5/00 // Бюл.2. - 30.06.2000. 2. Патент РФ 2284467, МПК 01 В 7/012,01 17/00 // Бюл.27. - 27.09.2006. 3. В.-А.А.Гапшис и др. Координатные измерительные машины и их применение. - М. Машиностроение, 1988. - С. 89-91, рис. 2.19. Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в качестве чувствительного элемента в многомерных многощуповых средствах измерения и координатно-измерительных машинах. Кроме того, предлагаемое устройство может быть 46852008.10.30 использовано в системах координатных измерений автоматизированного технологического оборудования для определения геометрических параметров заготовок и деталей. Известен измерительный щуп 1, содержащий корпус в виде цилиндра, установленный внутри корпуса измерительный стержень с шаровой опорой и наконечником в виде шарика, пружину сжатия и ползун, контактную пару, образованную 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. Недостатками данной конструкции являются невысокая надежность в связи с многократным протеканием переходных процессов в контактной паре при замыкании/размыкании и деградацией контактов, а также неоднозначность фиксации контакта в связи с наличием большого числа кинематических звеньев. Известен магнитострикционный преобразователь касания 2, содержащий корпус измерительной головки, где размещены подпружиненный изнутри через пружину базирующий элемент с защемленным щупом и наконечником, и регистрирующий блок, усилительограничитель, подключенный через одновибратор к сигнальным входам блока индикации и регистрирующего блока, один его выход соединен с управляющим входом усилителяограничителя, второй - с шиной контроля, а третий - с шинами результата, его управляющий вход подключен к шине управления, сигнальный вход усилителя-ограничителя подсоединен к выводам элемента считывания, закрепленный вблизи базирующего элемента на щупе измерительной головки, выполненного из магнитострикционного материала. Недостатками данной конструкции являются сложность электронной схемы обработки сигнала, а также нестабильность амплитуды и частоты колебаний чувствительного элемента, вызванная возможным воздействием магнитных полей на электромагнитную систему возбуждения колебаний. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является измерительная головка 3, содержащая корпус, ступенчатый концентратор ультразвуковых колебаний, выполненный в виде валика, образованного двумя цилиндрами с существенно различными диаметрами, причем на торце цилиндра большего диаметра приклеен с обеспечением акустического контакта пьезоэлектрический преобразователь в виде диска или цилиндра из пьезокерамического материала, а на торце цилиндра меньшего диаметра закреплен измерительный наконечник, электронный блок, содержащий генератор электрических колебаний, регистратор изменения амплитуды и формирователь командных сигналов. Недостатками данной конструкции являются устаревшая и сложная схема обработки измерительного сигнала. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы устройства и точности измерений. Задача решается за счет того, что измерительная головка содержит корпус, концентратор ультразвуковых колебаний, пьезоэлектрический преобразователь, измерительный наконечник и электронный блок, содержащий генератор электрических колебаний, регистратор изменения амплитуды и формирователь командных сигналов, причем концентратор ультразвуковых колебаний выполнен в виде стержня переменного сечения с экспоненциальной образующей, пьезоэлектрический преобразователь составлен из двух пьезокерамических дисков, один из которых является преобразователем энергии, а другой - датчиком амплитуды колебаний, а электронный блок выполнен в виде микроконтроллера. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемого устройства. 2 46852008.10.30 Устройство содержит корпус 1, экспоненциальный концентратор ультразвуковых колебаний 2, пьезоэлектрический преобразователь 3, составленный из двух пьезокерамических дисков, один из которых является преобразователем энергии, а другой - датчиком амплитуды колебаний, измерительный наконечник 4, микроконтроллер 5, направляющие качения 6 и пружину 7. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Генератор ультразвуковых колебаний, входящий в электронный блок, выполненный в виде микроконтроллера 5, генерирует переменное электрическое напряжение, подаваемое на пьезокерамический диск пьезоэлектрического преобразователя 3, выполняющий роль преобразователя энергии. При этом генерируются ультразвуковые колебания, передающиеся экспоненциальному концентратору 2. Пьезоэлектрический преобразователь 3 и экспоненциальный концентратор 2 образуют полуволновую колебательную систему, следовательно, свободный торец концентратора с измерительным наконечником 4 находится в пучности колебаний. При касании измерительным наконечником 4 поверхности объекта измерения происходит резкое изменение добротности колебательной системы, изменяется резонансная частота и амплитуда колебаний. Снимаемое с обкладок пьезокерамического диска, выполняющего роль датчика амплитуды, переменное напряжение подается на вход микроконтроллера 5 со встроенным аналого-цифровым преобразователем. По программе микроконтроллера происходит измерение амплитуды сигнала и фиксация момента времени, в который произошло падение амплитуды. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3