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 с крышкой, установленный внутри корпуса с возможностью перемещения вдоль оси измерительный наконечник с чувствительным элементом в виде шарика на конце, центральную опору в виде шара, три периферийные опоры, выполненные в виде равномерно расположенных по окружности шариков, пружину сжатия, соединенную с измерительным наконечником, отличающийся тем, что дополнительно введен направляющий элемент в виде шара, установленный в средней части измерительного наконечника, а в верхней части корпуса выполнены равномерно расположенные продольные прорези, разделяющие корпус на сектора, в каждом из которых с внутренней стороны выполнена проточка с установленной в ней изолирующей подложкой и периферийной опорой, кроме того, центральная опора установлена в верхней части корпуса, а на наружной поверхности корпуса в верхней его части и на внутренней поверхности крышки выполнена резьба, причем резьба крышки заканчивается проточкой, переходящей в конический скос.(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. 3.9522739 А 1, МПК 01 В 7/ 012, 1995. 4. Заявка ФРГ 3231160, МПК 01 В 5/03, 1984. 5. А.с. СССР 1668849, МПК 01 В 5/20, 1991 (прототип). Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для оснащения многомерных многощуповых средств измерения и координатных измерительных машин. Известны многомерные многощуповые средства измерения, 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, предварительно выставляемых (настраиваемых) по образцовой детали или мере 1, 2. Известен измерительный щуп, держатель которого имеет неподвижную опору, состоящую из двух соосных колец, между которыми расположены два ряда шариков подшипника, диаметры колец имеют разные окружные шаги, а каждый шарик одного ряда контактирует с двумя соседними шариками другого ряда, кроме того, шарики контактируют с поверхностями канавок, выполненных в кольцах 3. Известен измерительный щуп, содержащий корпус, измерительный наконечник с чувствительным элементом в виде шарика, закрепленный на фланце, который установлен на прецезионных опорных шариках,расположенных на периферии круглого отверстия в основании корпуса, фланец связан с первичным измерительным преобразователем, который в свою очередь связан с формирователем сигналов 4. Недостатками аналогов являются невозможность использования таких измерительных щупов в многомерных многощуповых средствах измерения из-за сложности их конструкции, недостаточно высокой точности измерения, больших габаритных размеров, а также отсутствие возможности регулирования положения чувствительного элемента измерительного наконечника щупа при его настройке по образцовой детали или мере в составе многомерного многощупового средства измерения. Наиболее близким по технической сущности является измерительный щуп, содержащий выполненный из электроизоляционного материала корпус в виде стакана и крышки, измерительный наконечник, установленный внутри стакана с возможностью перемещения вдоль его оси, центральную опору, жестко закрепленную на наконечнике, три периферийные опоры, выполненные в виде равномерно расположенных по окружности шаров, размещенных между центральной опорой и крышкой, и винтовую пружину сжатия,взаимодействующую одним концом с центральной опорой, а другим - с дном стакана, в котором дополнительно, с целью повышения чувствительности измерения, центральная опора выполнена в виде шара, в крышке изнутри выполнено коническое углубление, периферийные опоры закреплены в углублении крышки так, что образуют полуоткрытые шарниры, а щуп снабжен упругим элементом, выполненным в виде трехлепестковой пружины с гофром или в виде мембраны из резины, установленным на торце корпуса и соединенным с измерительным наконечником своей центральной частью 5. Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, поскольку такой измерительный щуп нельзя использовать в многомерных многощуповых средствах измерения из-за того, что измерение возможно осуществлять только в осевом направлении и измерительное перемещение в этом направлении ограничено, а также из-за относительно больших габаритных размеров и отсутствия возможности регулирования положения чувствительного элемента измерительного наконечника щупа при его настройке по образцовой детали или мере в составе многомерного многощупового средства измерения. В основу полезной модели положена задача создания измерительного щупа, конструктивное выполнение которого позволило бы за счет обеспечения возможности регулирования положения чувствительного элемента измерительного наконечника щупа при его настройке по образцовой детали или мере, а также увеличения его свободного хода в осевом и поперечном направлениях, уменьшения габаритных размеров расширить функциональные возможности с точки зрения использования измерительного щупа в составе многомерного многощупового средства измерения. Сущность полезной модели заключается в том, что в измерительный щуп, содержащий корпус в виде цилиндра с крышкой, установленный внутри корпуса с возможностью перемещения вдоль его оси измерительный наконечник с чувствительным элементом в виде шарика на конце, центральную опору в виде шара,три периферийные опоры, выполненные в виде равномерно расположенных по окружности шариков, пружину сжатия, соединенную с измерительным наконечником, дополнительно введен направляющий элемент в виде шара, установленный в средней части измерительного наконечника, а в верхней части корпуса выполнены равномерно расположенные продольные прорези, разделяющие корпус на сектора, в каждом из которых с внутренней стороны выполнена проточка с установленной в ней изолирующей подложкой и периферийной опорой, кроме того, центральная опора установлена в верхней части корпуса, а на наружной 2 72 поверхности корпуса в верхней его части и на внутренней поверхности крышки выполнена резьба, причем резьба крышки заканчивается проточкой, переходящей в конический скос. На фиг. 1 представлена конструкция измерительного щупа. На фиг. 2 - принципиальная схема регулирования положения чувствительного элемента измерительного наконечника в осевом направлении. На фиг. 3 - поперечный разрез измерительного щупа. Измерительный щуп содержит корпус 1 в виде цилиндра, установленный внутри корпуса 1 с возможностью перемещения вдоль его оси измерительный наконечник 2 с чувствительным элементом 3 в виде шарика на конце, крышку 4, центральную опору 5 в виде шара, периферийные опоры 6 в виде шариков, изолирующие подложки 7 в виде сегментов, пружину сжатия 8 конической формы, направляющий элемент 9 в виде шара, герметизирующий чехол 10. В верхней части корпуса 1 выполнены продольные прорези на одинаковом расстоянии друг от друга (см. фиг. 3), которые разделяют корпус на сектора, гибкие в радиальном направлении. В верхней части каждого сектора с внутренней его стороны выполнена проточка, в которой неподвижно установлена изолирующая подложка 7 с коническим отверстием для установки в ней периферийной опоры 6. На наружной поверхности корпуса 1, в верхней его части, нарезана резьба, на которую заворачивается крышка 4. Внутренняя поверхность крышки 4 выполнена с резьбой, которая заканчивается проточкой, переходящей в конический скос. В корпусе 1 установлен измерительный наконечник 2 с чувствительным элементом 3. С измерительным наконечником 2 жестко связана центральная опора 5 и направляющий элемент 9. Центральная опора 5 измерительного наконечника 2 базируется в верхней части корпуса 1 на периферийных опорах 6 в виде трех шариков, неподвижно установленных на трех изолирующих подложках 7, закрепленных на соответствующих секторах корпуса (см. фиг. 3). Изолирующие подложки 7 обеспечивают электрическую изоляцию периферийных опор 6 от корпуса 1. Измерительный наконечник 2 имеет возможность перемещаться в осевом направлении и поворачиваться в любой плоскости, проходящей через его ось. Центральная опора 5 и периферийные опоры 6 образуют три электрические контактные пары (контактную группу), подключаемые к электрической цепи средства измерения. При этом на каждую периферийную опору 6 подается положительный потенциал, а центральная опора 5 подключается к отрицательному полюсу источника питания. Силовое замыкание в контактных парах обеспечивается пружиной сжатия 8, которая одновременно служит для создания необходимого измерительного усилия при работе измерительного щупа в составе средства измерения. Устройство работает следующим образом. При настройке измерительного щупа в составе многомерного многощупового средства измерения по образцовой детали или мере регулирование положения чувствительного элемента 3 измерительного наконечника 2 в осевом направлении осуществляют вращением крышки 4, выполняющей роль настроечного маховичка в конструкции измерительного щупа. При вращении крышки 4 по часовой стрелке она перемещается в осевом направлении вниз по отношению к корпусу 1 и воздействует своим внутренним коническим скосом на гибкие в радиальном направлении сектора корпуса 1 с установленными в них периферийными опорами 6. Возникающая при этом радиальная сила действует на сектора и деформирует их в радиальном направлении. Вместе с секторами в радиальном направлении смещаются установленные на них периферийные опоры 6, оказывая при этом силовое воздействие на центральную опору 5 измерительного наконечника 2. Возникающая при этом осевая составляющая силы, действующей на центральную опору 5, перемещает измерительный наконечник 2 в осевом направлении вверх по отношению к корпусу 1. При вращении крышки 4 против часовой стрелки деформированные гибкие сектора корпуса 1 возвращаются в исходное положение, периферийные опоры 6 перемещаются в обратном радиальном направлении от оси измерительного наконечника 2, а центральная опора 5 вместе с измерительным наконечником 2 под действием пружины сжатия 8 перемещаются в осевом направлении вниз по отношению к корпусу 1. При настройке регулирование положения чувствительного элемента 3 измерительного наконечника 2 осуществляют до момента касания чувствительного элемента 3 образцовой поверхности меры или образцовой детали, о чем судят по срабатыванию электрических контактных пар, которые образуют центральная опора 5 и периферийные опоры 6. Причем момент касания фиксируется по первому срабатыванию одной из контактных пар (теоретически возможно одновременное срабатывание всех контактных пар, что фиксируется как одно срабатывание). Необходимая тонкость (чувствительность) настройки обеспечивается за счет того, что при такой схеме закрепления измерительного наконечника 2 в корпусе 1 относительно большому перемещению периферийных опор 6 в радиальном направлении, осуществляемому при вращении крышки 4, соответствует сравнительно малое перемещение центральной опоры 5 и измерительного наконечника 2 в осевом направлении (/2, см. фиг. 2). При измерении чувствительный элемент 3 измерительного щупа перемещается в направлении контролируемой поверхности детали и в момент их соприкосновения на чувствительный элемент 3 начинает действовать сила, стремящаяся сместить измерительный наконечник 2 по отношению к корпусу 1. В случае силового воздействия на измерительный наконечник 2 в осевом направлении направляющий элемент 9 начинает перемещаться вдоль оси корпуса 1, вместе с ним начинает перемещаться и центральная опора 5. В момент начала движения центральной опоры 5 происходит электрическое размыкание контактной группы,3 72 которую образует центральная опора 5 совместно с тремя периферийными опорами 6. Размыкание контактной группы фиксируется блоком индикации контакта средства измерения. При силовом воздействии на измерительный наконечник 2 в любом направлении, перпендикулярном его оси, возникает крутящий момент, стремящийся повернуть измерительный наконечник 2 по отношению к оси, проходящей через центр направляющего элемента 9 перпендикулярно оси измерительного щупа. При этом центральная опора 5 перемещается в направлении, перпендикулярном оси измерительного щупа, с одновременным смещением вверх в осевом направлении. В момент начала движения центральной опоры 5 происходит электрическое размыкание по крайней мере одной контактной пары из группы контактных пар,образуемых центральной опорой 5 и тремя периферийными опорами 6. Размыкание контактной пары фиксируется блоком индикации контакта средства измерения. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет расширить функциональные возможности при использовании измерительного щупа в составе многомерных многощуповых средств измерения вследствие обеспечения возможности регулирования положения чувствительного элемента измерительного наконечника щупа при его настройке по образцовой детали или мере, а также увеличения свободного хода чувствительного элемента измерительного наконечника в осевом и поперечном направлениях, уменьшения габаритных размеров устройства. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4