Устройство для измерения перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прямых измерений линейных размеров и перемещений в широком диапазоне. Цель изобретения - повышение точности за счет стабилизации измерительного усилия и уменьшения влияния температуры. Устройство содержит измерительный шток 1, основную и дополнительную роликоленточные передачи и узел отсчета перемещений штока. При поступательном перемещении измерительного штока 1 в одном направлении вместе с ним движется прикрепленная к нему ось ролика 2, который перекрывается по перфорированной ленте 4, причем на ролик 2 и измерительный шток 1 действует периодическая толкающая сила от ролико ленточной передачи с перфорированной лентой, компенсирующая скачкообразные изменения измерительного усилия при периодических поворотах и смешениях многогранного ролика 15 основной роликоленточной передачи, а малая длина упругой ленты гибкого подвеса 13, связывающего узел отсчета с многогранным роликом 15, существенно уменьшает влияние измерений температуры окружающей среды. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ч >s G 01 В 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4820086/28 (22) 05.03,90 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 (71) Научно-производственное объединение

"Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И.Менделеева" (72) Я,М.Цейтлин (53) 531.717(088.8) (56) Богуславский М,Г., Цейтлин Я.М. Приборы и методы точных измерений длины и углов, — М,: Изд-во стандартов. 1976.

Цейтлин Я.M. Упругие кинематические устройства. — Л„Машиностроение. 1972.

Авторское свидетельство СССР

N 706677, кл. G 01 В 5/02. 1979.

Авторское свидетельство СССР и 1620803, кл, G 01 В 5/02, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прямых измерений линейных размеров и перемещений в широком диапазоне. Цель

„„SU „„1740975 А1 изобретения — повышение точности за счет стабилизации измерительного усилия и уменьшения влияния температуры, Устройство содержит измерительный шток 1, основную и дополнительную роликоленточные передачи и узел отсчета перемещений штока. При поступательном перемещении измерительного штока 1 в одном направлении вместе с ним движется прикрепленная к нему ось ролика 2, который перекрывается по перфорированной ленте 4, причем на ролик 2 и измерительный шток 1 действуепериодическая толкающая сила от роликоленточной передачи с перфорированной лентой, компенсирующая скачкообразные изменения измерительного усилия при периодических поворотах и смешениях многогранного ролика 15 основной роликоленточной передачи, а малая длина упругой ленты гибкого подвеса 13, связывающего узел отсчета с многогранным роликом 15, существенно уменьшает влияние измерений температуры окружающей среды. 2 ил.

1740975

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прямых измерений линейных размеров и перемещений в широком диапазоне.

Характерный диапазон длин и перемещений узлов станков в машиностроении находится в пределах от 1 до 500 мм, При этом требования к точности измерений характеристик геометрической точности станков, деталей типа ступенчатых валов, аттестации концевых мер длины постоянно повышаются. Встречаются задачи, при которых необходимо одновременно измерять размер и его малые изменения на поверхности.

Однако расширение диапазонов измерения при обеспечении высокой точности отсчета приводит к усложнению измерительной техники, построению комплексированных устройств на основе широкопредельных индуктосинов, растровых оптоэлектронных систем и т.п. преобразователей линейных перемещений.

Наиболее близкими к предлагаемому являются пружинные измерительные головки с начальной скрученной лентой и основанные на них модифицированные струнные преобразователи типа геликоидного мультивибратора с частотным выходом. Механические пружинные системы автономны в работе, не требуют энергопитания и могут применяться во взрывоопасных средах, Эти устройства благодаря отсутствию люфтов, внешнего трения и большим передаточным отношениям имеют высокую точность с разрешением до тысячных долей микрометра, Недостатком этих известных устройств является малый (менее 1 мм) предел измерения, ограничиваемый пределами упругой деформации пружинного механизма.

Известно устройство для измерения перемещений, представляющее собой сочетание фрикционной ролико-ленточной передачи с многогранным роликом и узла отсчета, выполненного в виде упругого элемента со скрученной лентой. Оно содержит корпус, фрикционную ленточную передачу в виде цилиндрического ролика, многогранного ролика и огибающей эти ролики гибкой ленты, концы которой закреплены на корпусе, измерительный шток и узел отсчета перемещений штока, выполненный в виде кольцевого упругого элемента с диаметрально размещенной в нем скрученной упругой лентой (геликоидного мультивибратора), цилиндрического ролика, установленного соосно многогранному ролику с возможностью вращения относительно него, огибающего ролик гибкого подвеса в виде гибкой ленты, один конец которой

50 закреплен на кольцевом упругом элементе, а другой на измерительном штоке, и средства регистрации поворота упругой ленты, содержащего магнит, автогенератор и частотомер.

Недостатком известного устройства является высокая чувствительность к изменениям внешней температуры вследствие пропорционального удлинения дополнительной ленты гибкого подвеса, соединяющей измерительный шток с упругим элементом отсчетной системы. Причем длина этой ленты гибкого подвеса должна быть больше диапазона измерения устройства, Кроме того, недостатком известного устройства является то, что измерительное усилие на измерительном штоке изменяется скачками в моменты достижения "опрокидывающей" силы на ролике и его смещении на один угловой шаг. Эти скачки измерительного усилия нежелательны при нежестком объекте измерений, так как могут привести к возбуждению в нем колебательных движений, вследствие чего точность измерений снизится.

Цель изобретения — повышение точности за счет. стабилизации измерительного усилия и уменьшения влияния температуры, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус, фрикционную роликоленточную передачу, выполненную в виде двух роликов, один из которых многогранный, и огибающей их гибкой ленты, концы которой закреплены на корпусе, измерительный шток, гибкий подвес и узел отсчета перемещений измерительного штока, узел отсчета жестко связан с измерительным штоком и соединен с осью многогранного ролика посредством гибкого подвеса, длина которого не превышает длины гибкой ленты фрикционной передачи, причем устройство снабжено дополнительной роликоленточной передачей, выполненной в виде двух цилиндрических роликов и перфорированной гибкой ленты, а один из этих роликов связан с измерительным штоком.

На фиг. 1 изображена структурно-кинематическая схема устройства для измерения перемещений на фиг. 2 — вид А на фиг. 1, Устройство содержит измерительный шток 1 в направляющих поступательного движения, связанные с ним ось ролика 2 дополнительной роликоленточной передачи, состоящей из указанного ролика, закрепленной в корпусе 3 перфорированной ленты 4, ролика 5, вспомогательная гибкая лента 6 с противовесом 7 и упругий элемент

8, параллельно или последовательно с кото1740975 рым соединена упругая начально скрученная лента 9 (геликоидный. мультивибратор), связанная с системой отсчета, Узел отсчета растяжения начально скрученной ленты может быть выполнен в виде рычажно-оптической, интерференционно-дифракционной или частотной системы с магнитом 10, автогенератором 11 и частотомером 12. Последовательно присоединенный к. упругому элементу гибкий подвес 13 охватывает круглый ролик 14, находящийся на одной оси и подвижно связанный с многогранным роликом 15, образующим с сопряженным роликом 16 и охватывающей их гибкой лентой 17 с закрепленными в корпусе 3 концами роликоленточную передачу.

Устройство работает следующим образом.

При поступательном перемещении измерительного штока 1 в одном направлении вместе с ним движется прикрепленная к нему ось ролика 2, который вместе с роликом 5 перекатывается по вспомогательной перфорированной ленте 4. причем на ролик

2 и измерительный шток действует периодически переменная толкающая сила

Еh (W1 W2 W3 W4

24 R21 R) компенсирующая соответствующие колебания силы натяжения упругого элемента 8. также связанного с измерительным штоком и перемещающегося вместе с ним в моменты достижения "опрокидывающей" силы и перека ывания многогранного ролика 15, соединенного с упругим элементом 8 коротким гибким подвесом 13, охватывающим находящийся на одной оси с роликом 15 и свободно вращающийся рплик14. Периодические растяжения и ослабления натяжения упругого элемента 8 воспринимаются отсчетной системой 9 — 12, а перекатывание ролика 15 сопровождается соответствующим движением элементов основной роликоленточной передачи 16 и 17. Противовес

7, соединенный с измерительным штоком 1 вспомогательной гибкой лентой 6. служит для общего постоянного уменьшения измерительного усилия и не является обязательной составной частью устройства.

В формуле толкающей силы приняты следующие обозначения: R1 = R20+ h/2; R2 =

= R50+ h/2; W1, 2 W3, W4 — ширина ленты

4.в точках ее касания с роликами 2 и 5; h— толщина ленты; Š— модуль упругости материала ленты. Периодическую перфорацию при этом целесообразно выполнять в виде треугольников так. чтобы в момент перекатывания ролика 15 толкающая ролик 2 сила

С4 увеличивалась, а при неподвижном ролике 15 по мере натяжения упругого элемента

8 сила Q< плавно уменьшилась. R2o, Вм—

5 радиусы роликов 2, 5, Температурная погрешность устройства приближенно равна температурному удлинению ленты гибкого подвеса 13 и определяется по формуле

hт .= L1 ат (t1 — н), где L1 — длина гибкого подвеса 13; а температурный коэффициент его расшире15 ния, t1 — температура окружающего воздуха:

tH = 20 С вЂ” нормальное номинальное значение температуры, Так как значение L1 меньше диапазона измерения, который ограничивается длиной

20 гибкой ленты 17 основной фрикционной роликоленточной передачи, и практически от него не зависит, температурная,погрешность А< устройства также меньше, чем у прототипа, где длина ленты гибкого подвеса равна или больше диапазона измерений и соответственно длины гибкой ленты основной фрикционной роликоленточной передачи. Минимальная длина ленты гибкого подвеса 13 определяется из выражения

30 (1 = (— Ьг /Rp<) + (2 + г)Врм, 1 1 2 г

2Л 8 где RpM — радиус многогранного ролика;

Ьг — длина его граней; Л вЂ” допускаемая погрешность ленточной передачи.

Первым членом этого выражения обеспечивается малое влияние прогиба ленты на расстояние между ее концами при повороте.

40 многогранного ролика для смещения на смежную грань, вторым — конструктивное сопряжение ленты с этим роликом. При Л=

= 0,001 мм, Ьп = 0,6 мм и многогранном ролике с 20 гранямы: Rp 0,6 20/2 7г= 2 мм.

1 1 2

01 = -(— 0,036/2) + (2+ л)2 =

2 0,001 8

= 10 мм. что в 10 раз меньше диапазона измерения 100 мм.

Таким образом, устройство позволяет обеспечить периодическую компенсацию скачков измерительного усилия на измерительном штоке и уменьшение влияния изменений температуры на гибкий подвес между осью многогранного задающего размер поддиапазона ролика и упругим элементом узла отсчета перемещений, что позволяет выполнить измерение перемещений с высокой точностью без.термостатирования широкопредельного средства измерений.

1740975

Формула изобретения

8идА ф л.2

45

Составитель Я.Цейтлин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Филь

Редактор А.Долинич

Заказ 2078 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Устройство для измерения перемещений, содержащее корпус, фрикционную роликоленточную передачу, выполненную в виде двух роликов, один из которых многогранный, и огибающей их гибкой ленты, концы которой закреплены на корпусе, измерительный шток, гибкий подвес и узел отсчета перемещений измерительного штока, о тл и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения точности за счет стабилизации измерительного усилия и уменьшения влияния температуры, узел отсчета жестко связан с измерительным штоком и соединен с осью многогранного ролика посредством

5 гибкого подвеса, длина которого не превышает длины гибкой ленты фрикционной передачи, а устройство снабжено дополнительной роликоленточной передачей, выполненной в виде двух цилиндрических

10 роликов и перфорированной гибкой ленты, а один из этих роликов связан с измерительным штоком.