Измерительная головка

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано , например, в координатно-измерительных мапшнах при контроле сложных поверхностей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Сигналы, подаваемые на А-А возбуждающий электрод 7 с генератора 13 высокочастотных колебаний, возбуждают в возбудителе резонансные колебания , которые передаются на измери-. тельный наконечник. В случае, если измерительный наконечник не касается контролируемого изделия,, сигнал на .выходе фазометра 14 равен нулю. При касании наконечником контролируемого изделия на выходе фазометра 14 появляется сигнал, фиксирующий касание, вследствие того, что сигнал с электрода 8 будет сдвинут по фазе относительно сигнала с генератора 13 колебаний . Одновременно с выхода сумматора 15 появляется сигнал, пропорциональный силе реакции изделия по оси OZ. Сигналы на выходах сумматоров 16, 17 пропорциональны соответственно составляющим проекций сил реакций из- ,П а б а с ОС ее 1ч5 Со 15

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (ц 4 С 01 В 7/02, 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ЭСЕНА, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4159842/24-28 (22) 30.09.86 (46) 30.04.88. Бюл. Р 16 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) P.È.Бансявичюс,Й.-Г.Й.Гвильдис, Л.С.Нагинявичене и А.Ю.Каспарайтис (53) 531,717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1048298, кл. G 01 В 5/02, !981.

Авторское свидетельство СССР

У 918778, кл. G 01 В, 5/02, 1977 ° (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в координатно-измерительных машинах при контроле сложных поверхностей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Сигналы, подаваемые на

„„SU„„1392342 А1 возбуждающий электрод 7 с генератора

13 высокочастотных колебаний, возбуждают в возбудителе резонансные колебания, которые передаются на измерительный наконечник. В случае, если измерительный наконечник не касается контролируемого изделия,. сигнал на .выходе фазометра 14 равен нулю. При касании наконечником контролируемого иэделия на выходе фазометра 14 появляется сигнал, фиксирующий касание, вследствие того, что сигнал с электрода 8 будет сдвинут по фазе относительно сигнала с генератора 13 колебаний. Одновременно с выхода сумматора 15 появляется сигнал, пропорциональный силе реакции иэделия по оси

0Z, Сигналы на выходах сумматоров 16

I7 пропорциональны соответственно составляющим проекций сил реакций из- С

1 392342 делия по осям Х и Y На входы суммаров 16, 17 сигналы поступают с эпектродов 9-12. В регистраторе 18

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в координатно-изме рительных машинах при контроле слож ных поверхностей.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей измеритель,ной головки за счет обеспечения воз-!

:;можности получения информации о вели

1 ,чине и направлении вектора из точки касания к центру измерительного наконечника.

На фиг.1 изображена измерительная головка, вид спереди; на фиг.2 — разрезы А-А,Б-Б и В-В на фиг.1 (пьезокерамического стержня и блок-схема подключения измерительных блоков}.

Измерительная головка (Фиг.1) содержит корпус 1 держатель 2, соединенный с корпусом при помощи торцового зубчатого сопряжения, осевой натяг которого обеспечивается пружиной

3. K держателю прикреплен пьезокерамический цилиндрический стержень 4 с измерительным наконечником 5. Внутренний электрод 6 пьезокерамического стержня (фиг. 2) заземлен и выполнен в виде проволоки, ось которой совпадает с продольной осью стержня, а длина равна длине стержня. Наружный электрод разделен на возбуждающий 7 и на измерительные 8 — 12.электроды.

Возбуждающий электрод 7 подсоединен к высокочастотному генератору 13 электрических колебаний. Измерительный электрод 8 подключен к входам фазометра 14 и сумматора 15, на другой вход которого подключен выход высокочастотного генератора 13 электрических колебаний. Измерительные электроды 9 и 11 подключены к входам сумматора 16, а измерительные электроды 10 и 11 — к входам сумматора 17.

Выходы всех трех сумматоров и фазометра подключены к регистратору 18, например ЭВИ, координатно-измерительной машины. рассчитываются по указанным сигналам координаты точки касания Х, Х, Y.

2 ил °

Сумматоры 15 — 17 служат для измерения разности амплитуд двух электрических сигналов °

Измерительная головка работает

5 следующим образом.

На возбуждающий электрод 7 с генератора 13 подается высокочастотное напряжение, под действием которого в пьезоэлектрическом возбудителе воз10 буждаются резонансные продольные колебания. Иэ-за прямого пьезоэффекта в измерительных электродах 8 — 12 возбуждаются электрические заряды той же частоты.

15 Амплитуды колебаний в этих электродах зависят от силы, с которой наконечник действует на поверхность, Если наконечник не касается с поверхностью, то из-за симметричности

20 электродов 9 — 12 на выходах сумматоров 16 и 17 будет нулевой сигнал, а на выходе сумматора 15 устанавливается нуль.

Частоту генератора выбирают близ25 кой к основной (первой) форме собственных колебаний. измерительной головки. Благодаря высокой добротности колебательной системы измерительного рычага сдвиг фаз между колебаниями и

3Опитающим напряжением незначителен, Вследствие этого на выходе фазометра

14 напряжение будет равно нулю, если измерительный наконечник не касается контролируемого объекта.

В момент касания измерительного наконечника контролируемого объекта резко снижается добротность колебательной системы, в результате чего

4р сдвиг фаз между питающим напряжением и колебанием увеличивается, что регистрируется фазометром 14 и ЭВИ.

Направление нормали .из точки соприкосновения измерительного рычага

45 с измеряемой поверхностью находится как направление силы, с которой измерительная головка давит на поверх1392342 ность, или направление, противоположное силы реакции.

В ек то р с илы (фиг . 1 ) ра с кладыв ается иа составляющие части:

Fv ..1 где i j и 3с — единичные векторы,пар аллел ьные ос ям 0 „, 0 и 0 соответствен- 10 но;

F„, F„ II Fz — величины проекций силы.F реакции на оси

Ox> Ov u 0z соответственно..

Колебания после касания происходят в плоскости, проходящей через ось 0 и точку касания. Так как электрод 8 сплошной, то напряжение на нем пропорционально только линейным колебаниям системы вдоль оси 0 . Величина амплитуды напряжения на электроде

8 тем больше, чем меньше составляющая F силы, т.е.

11 В1 102о1 1 F â

25 где lU 1 — амплитуда колебаний напря8 жения на электроде 8;

lU о 1 — амплитуда колебаний напряжения на электродах 8 — 12 в отсутствие касания;

1 — коэффициент пропорциональности.

Таким образом, на выходе сумматора 15 получаем сигнал

35 пропорциональный Р

Разность амплитуд напряжений на электродах 9 и 11 пропорциональна моменту изгиба стержня, действующему в 4О плоскости ZOX, т.е. составляющей F „.

В свою очередь разность амплитуд напряжений на электродах 10 и 12 пропорциональна моменту изгиба стержня, действущеу в осКосТН ZOY9 т -Q. 45 составляющей FI.

Таким образом, из сумматоров 15-—

17 на ЭВМ поступают сигналы, пропорCOCTBBJIRIOIItHM Р, F < > F силы реакции соответственно. Коорди- 50 наты точки касания рассчитываются

ЭВМ по сигналам с сумматоров.

Координаты точки соприкосновения находит ЭВМ при помощи отсчета из

1 центра измерительного наконечника против направления силы реакции радиуса наконечника, Формула изобретения

Измерительная головка, содержащая измерительный рычаг с измерительным наконечником, кинематически связанный с ним пьезоэлектрический возбудитель механических колебаний, генератор высокочастотных колебаний, подключенный к возбуждающим электродам пьезоэлектрического возбудителя механических колебаний, фаэометр, подключенный одним из входов к выходу генератора высокочастотных колебаний, регистратор, связанный с выходом последнего, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей головки эа счет обеспечения возможности получения информации о величине и направлении вектора из точки касания к центру измерительного наконечника, головка снабжена тремя сумматорами, пьезоэлектрический возбудитель механических колебаний выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндрического стержня с радиальной поляризацией, внутренним электродом, размещенным по оси стержня, и наружным электродом, размещенным на поверхности стержня, внутренний электрод заземлен, наружный электрод разделен на три изолированные одна от другой части, нижняя и средняя части представляют собой кольца, верхняя часть разделена на четыре изолированных друг от друга симметричных кольцевых сегмента, нижняя часть является возбуждающим электродом и подключены к первому входу первого сумматора, средняя часть — к вторым входам фазометра и первого сумматора, диаметрально противоположные сегменты верхней части— к первому и второму входам соответственно второго и третьего сумматоров, а выходы сумматоров соединены с соответствующими входам регистратора.

1392342

Составитель 9.Петраковский

Техред М. Дндык Корректор А.Обручар

Редактор А.Ренин

Заказ 1803/42

Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4