RU2310814C1

RU2310814C1 - Multipurpose vibration size converter

Info

Publication number: RU2310814C1
Application number: RU2006115813/28A
Authority: RU
Inventors: Герман Михайлович Тромпет (RU); Герман Михайлович Тромпет; Виктор Алексеевич Александров (RU); Виктор Алексеевич Александров; Юрий Александрович Кирсанов (RU); Юрий Александрович Кирсанов
Original assignee: ФГОУ ВПО Уральская государственная сельскохозяйственная академия (УрГСХА)
Priority date: 2006-05-06
Filing date: 2006-05-06
Publication date: 2007-11-20

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: converter comprises U-shaped clamp provided with groove in its bottom section and two threaded openings for fastening changeable nozzles.

EFFECT: enhanced precision.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, используемой в машиностроении, в частности при изготовлении и ремонте агрегатов и машин, и может применяться в качестве первичного преобразователя в измерительных и контрольно-управляющих системах станков и линий при измерении различных размерных параметров деталей.The invention relates to measuring equipment used in mechanical engineering, in particular in the manufacture and repair of units and machines, and can be used as a primary transducer in the measuring and control systems of machine tools and lines when measuring various dimensional parameters of parts.

Известны устройства для измерения внутренних размеров, например контрольный прибор БВ-4257 (Приборы автоматического управления обработкой на металлорежущих станках / А.В.Высоцкий, И.Б.Карпович, М.П.Соболев, М.И.Этингоф. - М: Машиностроение, 1995. - 328 с). Прибор имеет исполнение с двухконтактной измерительной скобой (см. там же с.197, рис.5.6) и с двумя одноконтактными индуктивными головками (см. там же с.199, рис.5.7). Существует бесконтактный пневматический прибор БВ-4256 (см. там же с.202, рис.5.8). Известны подобные приборы для измерения размерных параметров наружных поверхностей, например индуктивные приборы завода "Калибр" (Активный контроль в машиностроении: Справочник / Под ред. Е.И.Педя. - М.: Машиностроение, 1978. - С.157, рис.17).Known devices for measuring internal dimensions, for example, a control device BV-4257 (Automatic control of processing on metal cutting machines / A.V. Vysotsky, I. B. Karpovich, M. P. Sobolev, M. I. Etingof. - M: Mechanical Engineering , 1995 .-- 328 s). The device has a version with a two-contact measuring bracket (see ibid., P .97, Fig. 5.6) and with two single-contact inductive heads (see. Ibid., P. 199, Fig. 5.6). There is a non-contact pneumatic device BV-4256 (see ibid. P. 202, Fig. 5.8). Known similar devices for measuring the dimensional parameters of external surfaces, for example, inductive devices of the Caliber plant (Active control in mechanical engineering: Handbook / Ed. By E.I. Pedya. - M.: Mechanical engineering, 1978. - P.157, Fig. 17 )

К общим недостаткам таких приборов относится их узкая направленность и настройка на определенные размеры, что затрудняет их использование в современных системах автоматического контроля и при работе на обрабатывающих центрах, где требуются универсальные быстронастраиваемые приборы контроля, взаимодействующие с электронной системой обработки сигнала.The common disadvantages of such devices include their narrow focus and tuning to certain sizes, which makes them difficult to use in modern automatic control systems and when working at machining centers, which require universal quick-adjusting control devices that interact with an electronic signal processing system.

Известен также «Виброконтактный преобразователь размеров» (см. а.с. №1229562, G01В 7/12, опубл. 07.05.86, бюл. №17).Also known is the “Vibro-contact size converter” (see AS No. 1229562, G01B 7/12, publ. 07.05.86, bull. No. 17).

Вместе с тем, при удовлетворительной работе в системах контроля преобразователь настраивается только на измерение одного, довольно большого внутреннего размера, ограниченного запрессованными в колебательную скобу двумя диаметрально-противоположно расположенными шариками на боковых контактных поверхностях колебательной скобы, при этом блок электроизмерений амплитуды виброколебаний, выполненный с использованием постоянного магнита из SmCo₅, имеет ограниченную чувствительность, обусловленную свойствами этого магнитного сплава.At the same time, with satisfactory operation in control systems, the converter is configured only to measure one rather large internal size limited by two diametrically oppositely spaced balls pressed into the vibration bracket on the side contact surfaces of the vibration bracket, while the block of electrical measurements of the amplitude of vibrations made using SmCo ₅ permanent magnet has limited sensitivity due to the properties of this magnetic alloy.

Задачей изобретения является создание универсального измерительного средства повышенной чувствительности и точности на основе виброконтактного преобразователя размеров для измерений как внутренних размеров, так и размеров наружных поверхностей.The objective of the invention is the creation of a universal measuring tool of increased sensitivity and accuracy on the basis of a vibrocontact size transducer for measuring both internal dimensions and the dimensions of external surfaces.

Задача решается тем, что в универсальном виброконтактном преобразователе размеров, содержащем корпус, закрепленный в нем вибратор, выполненный в виде электромагнита, якоря которого закреплены на плоских упругих элементах, соединенных с П-образной скобой, с образованием колебательной системы, и блок измерения амплитуды виброколебаний скобы, включающий постоянный магнит, закрепленный на П-образной скобе, и двухсекционную обмотку, охватывающую магнит и закрепленную в корпусе, при этом постоянный магнит выполнен из материала неодим-железо-бор (NdFeB), скоба колебательной системы снабжена креплением для сменных наконечников, причем расстояние от линии защемления плоских упругих элементов в корпусе до центра тяжести колебательной системы со сменными наконечниками, а также масса колебательной системы с наконечниками выдерживаются постоянными.The problem is solved in that in a universal vibrocontact size transducer containing a housing, a vibrator fixed in it, made in the form of an electromagnet, the anchors of which are fixed on flat elastic elements connected to a U-shaped bracket, with the formation of an oscillating system, and a unit for measuring the amplitude of vibration vibrations of the bracket including a permanent magnet mounted on a U-shaped bracket, and a two-section winding covering the magnet and fixed in the housing, while the permanent magnet is made of neodymium-iron material -Bor (NdFeB), the oscillating system is provided with a bracket for fastening of replaceable tips and the distance from the line of flat elastic pinching elements in the housing to center of gravity of the oscillating system with disposable tips as well as the mass of the oscillating system with lugs kept constant.

Кроме того, крепление для сменных наконечников выполнено в виде паза в форме ласточкина хвоста, расположенного по центру П-образной скобы снизу, и двух резьбовых отверстий в пазу, причем боковые поверхности паза ориентированы в направлении колебательных движений колебательной системы, а плоскость поверхности паза выполнена перпендикулярно основной продольной оси корпуса виброконтактного преобразователя размеров, при этом сменная оснастка включает скобу для контроля наружных охватываемых поверхностей.In addition, the mount for interchangeable tips is made in the form of a dovetail groove located in the center of the U-shaped bracket from the bottom, and two threaded holes in the groove, the side surfaces of the groove oriented in the direction of vibrational movements of the oscillating system, and the plane of the groove surface made perpendicular the main longitudinal axis of the housing of the vibrocontact dimension transducer, while interchangeable equipment includes a bracket for monitoring the external covered surfaces.

На фиг.1 изображена предложенная конструкция универсального виброконтактного преобразователя размеров в разрезе (фиг.1): А - вид снизу на паз; Б - вид справа на паз для сменной оснастки.Figure 1 shows the proposed design of a universal vibrocontact transducer of dimensions in section (figure 1): A is a bottom view of the groove; B - right view of the groove for interchangeable accessories.

На фиг.2 изображена предложенная конструкция универсального виброконтактного преобразователя размеров с измерительной оснасткой: А - вид снизу на паз без скобы, Б - вид справа на пробку щуповую и измерительный стержень.Figure 2 shows the proposed design of a universal vibrocontact size transducer with measuring accessories: A - bottom view of the groove without a bracket, B - right view of the probe plug and measuring rod.

Универсальный виброконтактный преобразователь размеров (фиг.1) содержит корпус 1, вибратор, выполненный в виде электромагнита 2, якоря 3 и 4 которого закреплены на плоских упругих элементах 5 и 6, соединенных с П-образной скобой 7 с образованием колебательной системы. Кроме того, устройство содержит блок измерения амплитуды виброколебаний скобы 7, включающий запрессованный во втулке 8 постоянный усиленный магнит 9, закрепленный на П-образной скобе, и двухсекционную обмотку 10, охватывающую постоянный магнит 9 и закрепленную в корпусе 1. Постоянный магнит 9 выполнен из материала неодим-железо-бор (NdFeB). Скоба 7 колебательной системы снабжена креплением для сменных наконечников - 11 (скоба), 12 (пробка) и 13 (измерительный стержень), выполненным в виде паза в форме ласточкина хвоста, расположенного по центру П-образной скобы снизу, и двух резьбовых отверстий.Universal vibrocontact size transducer (figure 1) contains a housing 1, a vibrator made in the form of an electromagnet 2, the anchors 3 and 4 of which are mounted on flat elastic elements 5 and 6, connected to a U-shaped bracket 7 with the formation of an oscillating system. In addition, the device comprises a unit for measuring the amplitude of vibration of the bracket 7, including a permanent reinforced magnet 9 pressed into the sleeve 8, mounted on a U-shaped bracket, and a two-section winding 10, covering the permanent magnet 9 and fixed in the housing 1. The permanent magnet 9 is made of material neodymium iron boron (NdFeB). The bracket 7 of the oscillating system is equipped with a mount for interchangeable tips - 11 (bracket), 12 (cork) and 13 (measuring rod), made in the form of a dovetail groove located in the center of the U-shaped bracket from the bottom, and two threaded holes.

Универсальный виброконтактный преобразователь размеров работает следующим образом.Universal vibrocontact converter sizes works as follows.

При подаче питающего напряжения на катушку электромагнита 2 его якоря 3 и 4 через плоские упругие элементы 5 и 6 приводят в колебательное движение П-образную скобу 7 с размещенным на ней усиленным постоянным магнитом 9. При этом магнитный поток пересекает обмотку 10 блока измерения, возбуждая в ней ЭДС, пропорциональную амплитуде колебаний П-образной скобы 7 с закрепленными сменными наконечниками 11, 12 или 13. При наличии ограничивающей (контролируемой) наружной или внутренней поверхностей, в зависимости от типа наконечника, амплитуда колебаний скобы 7 меняется, что вызывает изменение ЭДС, наводимой в обмотке 10. Это регистрируется отсчетным или контролирующим прибором (не показан).When a voltage is applied to the coil of the electromagnet 2, its anchors 3 and 4 through the flat elastic elements 5 and 6 oscillate the U-shaped bracket 7 with the reinforced permanent magnet 9 placed on it. In this case, the magnetic flux crosses the winding 10 of the measurement unit, exciting EMF proportional to the amplitude of the oscillations of the U-shaped bracket 7 with fixed replaceable tips 11, 12 or 13. In the presence of a limiting (controlled) external or internal surfaces, depending on the type of tip, the amplitude of the oscillations the brackets 7 change, which causes a change in the EMF induced in the winding 10. This is recorded by a reading or monitoring device (not shown).

Преимуществом предлагаемого виброконтактного преобразователя размеров со сменной измерительной оснасткой и новым магнитом из NdFeB является универсальность измерительного устройства, используемого виброконтактный принцип измерения, обеспечивающего кратковременное касание контролируемой поверхности с частотой, равной частоте возбуждения, а также снижение усилий на наконечник до величины менее 0,1 Н, а следовательно, его износа. Это обстоятельство в совокупности с применением источника магнитодвижущей силы блока измерений виброколебаний в виде постоянного магнита, выполненного из материала неодим-железо-бор (NdFeB), повышает чувствительность виброконтактного преобразователя размеров и расширяет возможности его использования.The advantage of the proposed vibrocontact size transducer with interchangeable measuring accessories and a new NdFeB magnet is the versatility of the measuring device, the vibrocontact measuring principle is used, which provides a short-term contact of the controlled surface with a frequency equal to the excitation frequency, as well as a reduction in tip force to less than 0.1 N, and consequently its wear and tear. This circumstance, combined with the use of a source of magnetomotive force of the vibration measurement unit in the form of a permanent magnet made of neodymium-iron-boron (NdFeB) material, increases the sensitivity of the vibrocontact size transducer and expands the possibilities of its use.

Предлагаемая разработка универсального виброконтактного преобразователя размеров используется в системах управляющего контроля.The proposed development of a universal vibrocontact size transducer is used in control control systems.

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции является выполнение фиксирующего паза и двух резьбовых отверстий для крепления сменной оснастки, соблюдая постоянство массы колебательной системы и расстояния от линии защемления плоских упругих элементов до центра масс колебательной системы при установке различной измерительной оснастки и усиленного постоянного магнита из материала неодим-железо-бор, что дает виброконтактному преобразователю размеров следующие неочевидные преимущества.A distinctive feature of the proposed design is the implementation of the fixing groove and two threaded holes for attaching interchangeable accessories, observing the constant mass of the oscillating system and the distance from the pinch line of flat elastic elements to the center of mass of the oscillating system when installing various measuring accessories and a reinforced permanent magnet made of neodymium-iron material boron, which gives the vibrocontact size converter the following non-obvious advantages.

1. Универсальность, т.е. возможность с высокой точностью измерять размерные параметры наружных и внутренних поверхностей.1. Universality, i.e. the ability to accurately measure the dimensional parameters of the external and internal surfaces.

2. Возможность измерять прерывистые наружные и внутренние поверхности в большом диапазоне размеров.2. The ability to measure discontinuous outer and inner surfaces in a wide range of sizes.

3. Возможность контролировать внутренние и наружные поверхности в большом диапазоне размеров.3. The ability to control internal and external surfaces in a wide range of sizes.

4. Минимальное измерительное усилие по сравнению с контактными измерительными приборами, благодаря чему снижается износ наконечников.4. Minimum measuring force compared to contact measuring devices, thereby reducing the wear of the tips.

5. Низкая инерционность по сравнению с бесконтактными измерительными устройствами, благодаря чему обеспечивается быстродействие измерительно-управляющей системы.5. Low inertia in comparison with non-contact measuring devices, which ensures the speed of the measuring and control system.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что П-образная скоба выполнена с пазом по линии колебания в торце внизу и двумя резьбовыми отверстиями для крепления сменной оснастки, соблюдая постоянство массы колебательной системы и расстояния от линии защемления плоских упругих элементов в корпусе до центра масс колебательной системы при установке различной измерительной оснастки и запрессовки постоянного усиленного магнита из материала неодим-железо-бор.Comparative analysis with the prototype shows that the U-shaped bracket is made with a groove along the oscillation line at the bottom end and two threaded holes for attaching interchangeable accessories, observing the mass of the oscillatory system and the distance from the pinch line of flat elastic elements in the housing to the center of mass of the oscillating system at installation of various measuring equipment and pressing in a permanent reinforced magnet made of neodymium-iron-boron material.

Таким образом, заявляемый универсальный виброконтактный преобразователь размеров со сменной оснасткой и новым магнитом соответствует критерию изобретения «новизна».Thus, the claimed universal vibrocontact transducer with interchangeable accessories and a new magnet meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники выявило в нем признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».Comparison of the proposed solutions with other technical solutions in this technical field revealed signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

Промышленная эксплуатация системы управляющего контроля с использованием разработанного универсального виброконтактного преобразователя размеров показало высокую разносторонность применения при измерении размерных параметров внутренних и наружных поверхностей, а эксплуатация всей измерительной системы в комплексе, включающем предложенный универсальный виброконтактный преобразователь размеров с усиленным магнитом и сменной оснасткой, отсчетно-командный блок, систему управления станком, изготавливаемую деталь привела к снижению вспомогательного времени при обработке на 10-15% за счет использования одного универсального измерительного средства при измерении внутренних и наружных поверхностей.The industrial operation of the control monitoring system using the developed universal vibrocontact size transducer showed a high versatility of application when measuring the dimensional parameters of internal and external surfaces, and the operation of the entire measuring system in a complex that includes the proposed universal vibrocontact size transducer with a reinforced magnet and interchangeable accessories, a reference-command unit , the control system of the machine, the manufactured part has led to reduced ju auxiliary time during processing by 10-15% due to the use of one universal measuring tool for measuring internal and external surfaces.

Изготовление всех необходимых элементов и сменной оснастки с указанными свойствами явилось технически и технологически осуществимым процессом и может быть выполнено в инструментальном цехе или участке машиностроительного завода. Материал постоянного усиленного магнита неодим-железо-бор и его конструкция были выполнены в Институте физики металлов УрОРАН и успешно используются в разработанном универсальном виброконтактном преобразователе размеров.The manufacture of all the necessary elements and interchangeable accessories with the indicated properties was a technically and technologically feasible process and can be performed in the tool shop or in the section of the engineering plant. The material of the permanent reinforced magnet neodymium-iron-boron and its design were made at the Institute of Metal Physics URORAN and are successfully used in the developed universal vibrocontact size transducer.

Claims

1. A universal vibrocontact size transducer, comprising a housing, a vibrator mounted in it, made in the form of an electromagnet, the anchors of which are mounted on flat elastic elements connected to a U-shaped bracket, with the formation of an oscillating system, and a unit for measuring the amplitude of vibration of the bracket, including a permanent magnet mounted on a U-shaped bracket, and a two-section winding covering a magnet and fixed in the housing, characterized in that the permanent magnet is made of neodymium-iron-boron (NdFeB) material, with Both the oscillating system is provided with a removable fastening lugs, the distance from the line of flat elastic pinching elements in the housing to center of gravity of the oscillating system with disposable tips as well as the mass of the oscillating system with lugs kept constant.

2. The universal vibrocontact size converter according to claim 1, characterized in that the mount for interchangeable tips is made in the form of a dovetail groove located in the center of the U-shaped bracket from the bottom, and two threaded holes in the groove, the side surfaces of the groove oriented in the direction of the oscillatory movements of the oscillatory system, and the plane of the groove surface is perpendicular to the main longitudinal axis of the housing of the vibrocontact size transducer, while the replaceable tips include a bracket for I control the external covered surfaces, a probe plug for controlling the diametric dimensions and a measuring rod for controlling small diameters by the two-contact method and flat surfaces by the single-contact method.