Измерительная головка

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК б 114 С 01 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ Е ИЭ ИСАН ТОРСНОМ ТЕНИ 963 701 /24-28410.857.05.88. Бюл. Р 17(21) (22) (46) (72) С.Г,устранения изгибом щуп измеритель том т ванн ении 3 с объеконяется,я, укрепштоке 2.вляется измериается енныи в по Е.П. Ии В.И(56) АУ 937 а выходе ф игнал рас актерие смевидетельство ССС 01 В 5/20, 1980. я постуботки,ся сигн блок обрформируюе величиштока 2 е смещео коор(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ (57) Изобретение о рительной технике. повышение точности детельствм ГОЛОВКАносится к измеЦель изобретениизмерений путем погрешностеи, вы а. При соприкосн ного наконечника ельный шток 2 откл источник 4 излучени лом измерительном отоприемника 6 поя согласования, ха зующии величину и направле щения. Сигнал рассогласова пает в электронныи на выходе которого лы, пропорциональнь ния измерительного динатам Х и У. 3 илИзобретение относится к измери-тельной технике, а именно к средствам активного контроля поверхностей деталей сложной формы.Цель изобретения - повьппение точности измерений путем устранения погрешностей, вызванных изгибом щупа.На фиг, 1 приведена структурнаясхема измерительной головки; нафиг. 2 - схема распространения световых лучей; на фиг. 3 - блок-схемаэлектронного блока обработки,Измерительная головка содержиткорпус 1, измерительный шток 2 с измерительным наконечником 3, позиционно-чувствительный датчик (ПЧД),связанный с системой управления координатно-измерительной машины (КИМ)(не показана) и включающий источник 4 излучения, объектив 5 и фотоприемник б, электронный блок обработки, Измерительный шток 2 соединенс корпусом 1 системой 7 подвеса, выполнен полым, и источник 4 излучения расположен в его полости со. стороны измерительного наконечника 3.Объектив 5 закреплен в корпусе 1, иего оптическая ось совпадает с осьюизмерительного штока 2 при его номинальном положении при отсутствииизмерений. Фотоприемник 6 выполненв виде четырехквадрантного фотодиода, имеющего четыре выхода 1-17, ирасположен в плоскости, оптическисопряженной с источником 4 излучения.35Центр четырехквадрантного фотодиодасовмещен с оптической осью объектива 5 и осью измерительного штока 2.Электронный блок обработки выполнен 4в виде первого, второго, третьего ичетвертого усилителей 8-11, входыкоторых связаны соответственно с1-17 выходами фотоприемника б, последовательно соединенных первого сумматора 12, блока 13 сравнения и пятого усилителя 14, последовательно соединенных первого и второго блоков15 и 16 вычитания, последовательносоединенных третьего блока 17 вычитания и второго сумматора 18, источника19 опорного напряжения. Выход первого усилителя 8 связан с первым входомтретьего блока 17 вычитания, с вторым входом которого связан выходтретьего усилителя 10, Выход второгоусилителя 9 связан с первым входомпервого блока 15 вычитания, с вторымвходом которого связан выход четвертого усилителя 11. Четыре входа первого сумматора 12 подключены соответственно к выходам первого, второго,третьего и четвертого усилителей 8-1,1.Выходы первого и третьего блоков 15и 17 вычитания связаны с вторыми входами второго сумматора 18 и второгоблока 16 вычитания соответственно.Выход пятого усилителя 14 подключенк источнику 4 излучения, а второйвход блока 13 сравнения подключен кисточнику 19 опорного напряжения.Измерительная головка работаетследующим образом.Измерительный наконечник 3, закрепленный в пиноли КИМ, подводят докасания с поверхностью контролируемого объектаПри соприкосновении наконечника 3 с объектом измерительныйшток 2 отклоняетсяот номинальногоположения. Момент касания Фиксируется ПЧД, направляющим командные сигналы в систему управления КИМ длярегистрации координат, соответствующих этому моменту,При смещении измерительного наконечника 3 (при отклонении измерительного штока 2 от оси головки) происходит адекватное смещение источника 4 излучения - светодиода на некоторое расстояние дх. Одновремен - но происходит смещение светящегося изображения светодиода на дх(фиг,2) в плоскости Фоточувствительной поверхности фотоприемника б позиционно-чувствительного датчика, что приводит к появлению сигнала рассогласования, характеризующего величину и направление укаэанного смещения. При(чем значения д Х и а Х связаны соотношениемьх =дх 8,где- линейное увеличение оптической системы.Выделение и обработка сигнала рассогласования осуществляются следующим образом. Светящееся изображение светодиода, формируемое оптической системой ПЧД, проецируется на приемную поверхность фотоприемника 6 (фиг.3). С элементов фотоприемника 6 через усилители 8-11, на блоки 15 и 17 вычитания поступают сигналы, про з139 порциональные световым потокам, падающим на соответствующие элементы фотоприемника 6. На выходе блока 15 вычитания Формируется сигнал, равный П -П, а на выходе блока 17 вычитания в ,сигнал, равный Б,-Б . На выходе блока 16 вычитания Формируется сигнал Й 1+Б) в (П+Бэ), пропорциональный величине смещения светящегося изображения по координате Х, а на выходе сумматора 18 - сигнал (П, + + П )-Ж+ Б), пропорциональный ве - личине смещения светящегося изобра- жения по координате У. Выходной сигнал сумматора 12 пропорционален суммарному световому потоку,поступающему на фотоприемник 6. Этот сигнал сравнивается с напряжением Б , поступающим на один из выходов блока 13 сравнения от источника 19 напряжения, который через усилитель 14 управляет интенсивностью излучения светодиода (источника 4 излучения). При увеличении светового потока блок 13 сравнения вырабатывает сигнал, уменьшающий интенсивность излучения светодиода, а при уменьшении светового потока - сигнал, увеличивающий интенсивность излучения. Это позволяет поддерживать постоянство суммарного светового потока П и, как следствие, постоянство статической характеристики системы, Размещение источника излучения в непосредственной близости от места контакта щупа с измеряемой деталью позволяет увеличить точность измерений за счет исключения составляющей погрешности, вызванной изгибом щупа. Это дает воэможность увеличить длину щупа без увеличения погрешности, что позволяет контролировать детали больших размеров, Кроме того, поскольку деформация щупа не влияет на общую погрешность описываемой системы возможно применить систему подвеса щупа с увеличенной возвращающей силой, что положительным образом сказывается на точностных характеристиках головки. 40344формула изобретенияИзмерительная головка, содержащаякорпус, соединенный с ним системойподвеса подвижный измерительный шток 5с измерительным наконечником, позиэионно в чувствительн датчик, состоящий иэ оптически связанных источникаизлучения, объектива и фотоприемника,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения точности измерений,она снабжена электронным блоком обработки, выполненным в виде первого,второго, третьего и четвертого усилителей, последовательно соединенныхпервого сумматора, блока сравнения ипятого усилителя, последовательно соединенных первого и второго блоковвычитания, последовательно соединенных третьего блока вычитания и второго сумматора, источника опорногонапряжения, выход первого усилителясвязан с первым входом третьего блока вычитания, с вторым входом кото рого связан выход третьего усилителя,выход второго усилителя связан с первым входом первого блока вычитания,с вторым входом которого связан выход четвертого усилителя, четыре вхо- ЗО да первого сумматора подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого усилителей,выходы первого и третьего блоков вычитания связаны с вторыми входами второго сумматора и второго блока вычитания соответственно, второй входблока сравнения связан с выходом источника опорного напряжения, выходпятого усилителя подключен к источ О нику излучения, фотоПриемник выполнен в виде четырехквадратного фотодиода, центр которого размещен наодной прямой с оптической осью объектива и осью измерительного штока, по следний выполнен полым и источникизлучения установлен в его полостисо стороны наконечника, а четыре выхода фотоприемника связаны соответственно с первым, вторым, третьими четвертым усилителями.1394 Ю 4 Составитель 0 НесоваТехред М,Дидык Редактор О. Юрковецк Корректор А, Обручар Заказ 2208/36 Подписно Тираж 680 ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская иаб., д