Устройство для измерения нестабильности оси вращения шпинделей, осей и валов

Устройство для измерения нестабильности оси вращения шпинделей, осей и валов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение достоверности измерений нестабильности положения оси вращения. Измерение нестабильности положения оси вращения основано на основании эталонного/тела - шарика 5, имеющего отражающую поверхность, которая вместе с оптической системой, состоящей из лазера 1, коллима- 7ФигЛ1•

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 Я (21) 4633820/28 (22) 06.01,89 (46) 23,02.92. Бюл. N. 7 (71) Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова (72) В.В:Митрофанов и А;К.Могутов (53) 531.7 (088.8) (56) Линейные и угловые измерения. / Под ред, Г.Д.Бурдуна. М.; Изд-во стандартов, 1977, с.512.

Там же, с. 255-271., Ж„, 1714358 А1

/ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ОСИ ВРАЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ, ОСЕЙ И ВАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение достоверности измерений нестабильности положения оси вращения. Измерение нестабильности положения оси вращения основано на основании эталонного,тела — шарика 5, имеющего отражающую поверхность, которая вместе с оптической системой, состоящей из лазера 1, коллима1

1714358

XA — Xо = ОА cos р—

40

45 тора 3, микрообъектива 4 и плоскопараллельной .светоделительной пластинки 8, строит увеличенное изображение траектории центра эталонного тела на экране в плоскости 7 первичной перетяжки. Эта же траектория с помощью фотоэлектрического преобразователя смещений светового пятИзобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям нестабильности положения мгновенного центра вращения валов, шпинделей, планшайб и т.п.

Известны устройства для измерения нестабильности (биения) оси (центра) враще-. ния валов и шпинделей с помощью образцового тела вращения, чаще всего сферы (полусферы), закрепляемой на вращающемся шпинделе. В процессе вращения шпинделя с образцовым телом вращения его либо ошупывают механически, либо освещают сформированным с помощью оптической системы пучком света, преобразуя смещение центра сферы в сигнал, пропорциональный этому смещению.

Если образцовое тело имеет идеально круглую форму, а ось вращения не имеет биений, то сигналы, снимаемые с измерительных датчиков смещения образцовой поверхности, будут строго гармоническими и позволяют на экране осциллографа (или другого графического регистрирующего прибора) получить двухмерную диаграмму смещений в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которая.при отсутствии биений оси и идеальной круглости образцовой поверхности будет окружностью, обусловленной остаточным смещением центра образцовой поверхности относительно оси вращения. Обычно по отклонению формы этой окружности от идеальной судят о нестабильности положения мгновенного центра вращейия.

Устройства для контроля некруглости тел вращения позволяют осуществлять контроль нестабильности оси вращения, применяя образцовое тело.

Наиболее близким к изобретению является кругломер, содержащий лазер, полупрозрачное зеркало, коллиматор, микрообьектив и эталонное тело вращения, фотоэлектрический преобразователь смещения и осциллограф.

Для точного определения положения мгновенного центра вращения измерения на по осям Х и Y изображается на экране осциллографа 20. С помощью дифференцирования и перекрестного сложения можно получить на экране осциллографа 20 последовательные положения мгновенного центра скоростей контролируемого шпинделя (центроида). 4 ил. отступления от идеальной окружности недостаточно.

Известно что мгновенный центр скоростей (то же самое, что и мгновенный центр вращения) можно найти по вектору линейной скорости VA какой-либо точки тела и величине угловой скорости (фиг. 1)

VA=OA В;

Вектор скорости VA нап,равлен перпендикулярно радиусу вектору ОА или

Од ii d S d t со в

Следовательно, YA — Yp= ОА cos(р й)

VY Vx

XA — X = — —, YA — Yo = —, ()) (о

Таким образом, если на экране осциллографа имеется точка, совершающая движение по некоторой траектории и эта траектория является кривой, повторяющей, в некотором масштабе, траекторию центра эталонной поверхности, то можно найти мгновенный центр скоростей (центр вращения) тела, несущего эту поверхность.

Кривая 11, являющаяся геометрическим местом последовательных положений мгновенного центра скоростей, называется центроидой. Центроида может быть

"подвижной" и "неподвижной". "Подвижная центроида строится в системе координат, связанных с движущимся телом. "Неподвижная" — в координатах неподвижных. "Подвижная" центроида катится по

"неподвижной" без скольжения.

Из этого следует, что при отображении на экране осциллографа только кривой I, посторяющей в определенном масштабе отклонения центра эталонного тела по двум перпендикулярным координатам нельзя, ничего сказать о форме и размерах центроиды, Так, например, если траектория центра эталонного трела является окружностью, то при неравномерной скорости движения этого центра мы можем получить центроиды

1714358 самой различной формы и размеров (фиг. 2).

На фиг. 2 окружность I является траекторией движения центра эталонного тела, а кривая II — один из бесчисленных вариантов формы и размеров центроиды. 5

Следовательно, для получения центроиды недостаточно располагать только траекторией движения центра эталонного тела.

Таким образом, в применяемых способах измерения нестабильности положения центра вращения ограничиваются лишь анализом формы и размером траектории движения центра эталонного тела. Точность такого измерения определяется остаточной децентрировкой установки эталонного те- 15

- ла. Реальная точность совмещения центра эталонной поверхности с осью вращения не лучше 0,5 мкм, в то время как требуемая точность измерения нестабильности оси вращения порядка сотой доли микрометра. 20

Целью изобретения является повышение достоверности измерений нестабильности положения оси вращения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения нестабильности 25 оси вращения шпинделей, осей и валов, содержащее оптически связанные лазер, полупрозрачное зеркало, коллиматор, микрообъектив и эталонное тело вращения с отражающей поверхностью, закрепляе- 30 мое соосно с контролируемым шпинделем, фотоэлектрический преобразователь смещения светового пятна по осям Х и У, установленный по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала луча и осцилло- 35 граф, первые входы X u Y которого подключены к соответствующим выходам фотоэлектрического преобразователя, снабжено двумя блоками дифференцирования по времени и двумя элементами сумми- 40 рования, выход Y фотоэлектрического преобразователя подключен к входу первого блока дифференцирования, и первому входу второго элемента суммирования, выход Х фотоэлектрического преобразователя 45 подключен к входу второго блока дифференцирования и первому входу первого элемента суммирования, выходы блоков дифференцирования соответствующих элементов суммирования, выход первого эле- 50 мента суммирования подключен к втором) входу Y-осциллографа, а выход второго —, второму входу X-осциллографа подключень к вторым входам. 55

На фиг. 3 представлены кривые поясня ющие способ измерения нестабильности ( помощью устройства; на фиг, 4 — блок-схем; устройства, /

B отличие от изображения траектории! центра эталонного тела вращения на экране осциллографа отображается вторая кривая

II, получаемая путем перекрестного сложения сигналов смещения центра эталонной поверхности и их производных по времени (скоростей движения). Эта вторая кривая II и является искомой центроидой вращающегося шпинделя или планшайбы и по ее фор- ме, размерам, нестабильности судят о нестабильности положения оси вращения.

Устройство состоит из лазера 1, созда- ющего пучок 2 света, коллиматора 3, микрообъектива 4, фокусирующего пучок 2 в центр шарика 5, закрепляемого на контролируемом шпинделе 6, светоделительной пластины 7, при этом отраженный луч фокусируется в плоскость 8 первичной перетяжки фотоэлектрического преобразователя смещения светового пятна по осям X и У, содержа щего четы рехплощадочны и . фотоприемник 9, четыре сумматора 10 — 13 и два вычитающих блока 14 и 15, устройство состоит также из двух блоков 16 и 17 диффе-. ренцирования, двух элементов 18 и 19 суммирования, осциллографа 20.

Устройство работает следующим образом.

Лазер 1 формирует пучок 2 света с помощью коллиматора 3 и фокусируется микрообъективом 4 в центр шарика 5, имеющего отражающее покрытие, и закрепленного на контролируемом шпинделе 6.

Возвращенный пучок света фокусируется в плоскость первичной перетяжки луча 7, Часть светового пучка в обратном ходе отражается светоделительной пластинкой 8 и формирует увеличенное изображение мнимого светового пятна, расположенного в центре шарика 5. Это изображение помещается на четырехплощадочном фотоприемнике 9 симметрично по отношению к общему центру площадок, Каждая из четырех площадок (а, б, в, г) попарно включены на сумматоры 10 — 13.

Выходы четырех первичных сумматоров подключены к входу вычитающих блоков 14 и 15, в результате чего формируются два сигнала, пропорциональные смещениям светового пятна подвум перпендикулярным осям Х и Y. Выходы вычитающих устройств

14 и 15 подключены к входам блоков 16 и 17 дифференцирования. Элементы 18 и 19 суммирования выполняют попарное суммирование сигналов с выхода блока 16 дифференцирующего и вычитающего блока 15 и соответственно с выхода блока 17 дифференцирования и вычитающего блока 14.

В результате получают сумму напряжений, пропорциональных смещению по Х и

1714358 первой производной от смешения по времени и соответственно, где К вЂ” коэффициент усиления, что соответствует полученным ранее соотношениям.

Таким образом, на вход X>, Y< осциллографа 20 подаются сигналы смещения центра эталонного тела 5, а на вход Х2У2, соответствующие сигналы, позволяющие в любой момент времени в известном масштабе получить координаты мгновенного центра скоростей-и траекторию его движения, т.е. неподвижную центроиду.

Использование предлагаемого устройства позволяет существенно повысить точность измерения нестабильности положения оси вращения прецизионных шпинделей и получить качественно новые измеряемые величины, форму и размеры центроиды вращения и ее изменения во времени.

Формула изобретения

Устройство для измерения нестабильности оси вращения шпинделей, осей и валов, содержащее оптически связанные лазер, полупрозрачное зеркало, коллиметор, микрообъектив и эталонное тело вращения с отражающей поверхностью, закрепляемое соосно с контролируемым шпинделем, фотоэлектрический преобразо.ватель смещения светового пятна по осям Х

5 и У, установленный на ходу отраженного от полупрозрачного зеркала луча, и осциллографа, первые входы Х и Y которого подклю- . чены к соответствующим выходам фотоэлектрического преобразователя, о т10 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности, оно снабжено двумя блоками дифференцирования по времени и двумя элементами суммирования, выход Y фотоэлектрического преобразователя под15 ключен к входу первого блока дифференцирования и первому входу второго элемента суммирования, выход X фотоэлектрического преобразователя подключен к входу второго блока дифференцирования и первому

20 входу первого элемента суммирования, выходы блоков дифференцирования подключены к вторым входам соответствующих элементов суммирования, выход первого элемента суммирования подключен к второ25 му входу Y-осциллографа, а выход второго Y к второму Х-осциллографа.

1714358

Г

/

I

1

/

l г

Ч цг 2

Составитель Е.Глазкова

Редактор В.Бугренкова Техред М;Моргентал Корректор M,Øàðî,èè

Заказ 682 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