Пристрій для визначення координат тривимірної криволінійної поверхні об`єкта

Пристрій для визначення координат тривимірної криволінійної поверхні об'єкта, що містить вимірювальний наконечник для здійснення контакту зі сканованою поверхнею, напрямний стрижень з рухомим відносно нього повзуном і вузол кріплен 3 25633 ри, звукових коливань, вітру, незначної вібрації і відсутністю прив'язки до вертикального положення, тобто легкістю закріплення і можливістю роботи з пристроєм, закріпленим у нахиленому чи перевернутому положенні, що і визначило розробку конструкції запропонованого пристрою. Покладене завдання вирішується тим, що у розробленому пристрої для визначення координат тривимірної криволінійної поверхні об'єктів вимірювальний накінечник жорстко з'єднаний з повзуном, рухомим при поздовжньому і обертальному переміщенні відносно циліндричного напрямного стержня, обладнаного засобами кріплення в декількох достатньо близьких один до одного (залежно від бажаної точності проведення вимірів) положеннях безпосередньо на вимірюваній ділянці поверхні чи на спеціальному пристосуванні, що визначає обрану при вимірюваннях початкову систему координат, відносно якої вони і проводяться. Блок реєстрації положень вимірювального накінечника, які однозначно визначають координати точок сканованої поверхні, конструктивно суміщений з повзуном. Така конструкція дозволяє отримати універсальний легкий і швидкий у застосуванні пристрій для оперативного визначення координат тривимірних криволінійних поверхонь конструкцій, виготовлених з різних матеріалів. Принципова схема пристрою зображена на фіг.1. Фіг.2 ілюструє принцип роботи пристрою. На фіг.3 зображена схема визначення координат поверхні, в якій застосовується запропонований пристрій. Пристрій містить (фіг.1) вимірювальний накінечник 1, закріплений на повзуні 2, суміщеному з блоком датчиків реєстрації положень вимірювального накінечника 1 і рухомому відносно циліндричного напрямного стрижня 3, на якому розташовані засоби кріплення 4. Стрілками позначені можливі напрями руху повзуна 2 відносно циліндричного напрямного стрижня 3 - обертальний навколо осі напрямної ОО і прямолінійний вздовж цієї осі. Таким чином, повзун 2 має три степені свободи, а тому його положення однозначно визначає координати точки у тривимірній системі координат. Пристрій для визначення координат тривимірної криволінійної поверхні об'єкта працює наступним чином (фіг.2). Циліндричний напрямний стрижень 3 за допомогою засобів кріплення 4 установлюється безпосередньо на вимірюваній ділянці поверхні S чи на спеціальному пристосуванні, що визначає обрану при вимірюваннях початкову систему координат Qxyz, відносно якої вони і проводяться, так, що вісь циліндричного напрямного стрижня ОО паралельна вісі х. Здійснюють пересування рухомого відносно циліндричного напрямного стрижня 3 повзуна 2 вздовж осі циліндричного напрямного стрижня 3 з одночасним обертанням навколо неї по мірі необхідності так, щоб забезпечувалася умова постійного контакту вимірювального накінечника 1 зі сканованою поверхнею S. Координати X, Y та Z точок сканованої поверхні S розраховуються по відомим початковим розмірам пристрою і заданому його початковому положенню за допомогою сприйнятих датчиками 4 реєстрації положень вимірювального накінечника 1 значень координат X' та Y' вказаним нижче чином. Після здійснення сканування вздовж закріпленого в даному місці циліндричного напрямного стрижня 3 шляхом переміщення повзуна 2, циліндричний напрямний стрижень 3 зсувають відносно сканованої поверхні S паралельно початковому положенню ОО в положення O1O1 на величину кроку сканування t, яка визначатиме нове значення координати Zo базису сканування, яке позначимо Z1. Сканування проводиться аналогічним чином для усіх подальших положень OiOi осі циліндричного напрямного стрижня 3 і відповідних значень координат Zi базису сканування. На фіг.3 циліндричний напрямний стрижень 3 зображений в торець. Обрана система координат з початком в точці Q позначена осями тривимірної прямокутної системи координат х, у, z. На відміну від початкового положення АВМ, положення А'В'М1 вимірювального накінечника 2 і жорстко зв'язаного з ним повзуна 2, суміщеного з блоком датчиків реєстрації положень вимірювального накінечника 1 відносно циліндричного напрямного стрижня 3, однозначно визначені координатами X, Y, Z точки А' сканованої поверхні S, які підлягають обрахунку. Величина дуги MM’, значення якої і являє собою координату Y', що визначається блоком реєстрації положень вимірювального накінечника 1, пов'язана з кутом j повороту повзуна 2, суміщеного з блоком датчиків реєстрації положень вимірювального накінечника 1, навколо осі О циліндричного напрямного стрижня 3 залежністю j=MM'/ОМ, де ОМ=r - радіус циліндричного напрямного стрижня 3, MM'=Y'. Так як блок реєстрації положень вимірювального накінечника 1 відносно циліндричного напрямного стрижня 3 механічно жорстко пов'язаний з вимірювальним накінечником 1, то куту ∟ MOM' повороту повзуна 2 з датчиками реєстрації положень вимірювального накінечника 1 навколо осі О напрямної відповідає рівний йому кут ∟AOA' повороту по дузі АmА' кінцевої точки вимірювального накінечника 1, що дотикається в положенні А’ до сканованої поверхні S. За відомим радіусом повороту цієї точки ОА=ОА '=R знаходимо основу рівнобедреного трикутника DАОА' з кутом при основі J як А А'=2Rsin(j/2). Установочний кут d=∟ BAO визначається геометричними розмірами вимірювального накінечника АВ і ВМ, тобто є відомим. Кут J при основі трикутника DАОА' залежить від кута j повороту повзуна 2 з датчиками реєстрації положень вимірювального накінечника 1 навколо осі О циліндричного напрямного стрижня 3 J=90°-j/2. Величина кута g=∟А1 АС трикутника DАА'С рівна g=180°-d-J. 5 25633 Дійсні координати точок сканованої поверхні S знаходяться через проекції переміщення АА' на вісі у і z: DZ=AA'-sing; DY=AA'-cosg. Координата Zo базису сканування задається безпосередньо. Координата Z точки А1 поверхні S в обраній системі координат Qxyz знаходиться відповідно як Z=Zo-BM + DZ, де ВМ = В'М' - відомий геометричний розмір вимірювального накінечника 1. Координата Yo початкового положення точки А вимірювального накінечника 2 задається безпосередньо. Координата Y точки А1 сканованої поверхні S в обраній системі координат Qxyz знаходиться відповідно як Y=Yo-DY. Координата X’, що визначається блоком датчиків реєстрації положень вимірювального накінечника 1 і являє собою координату місцезнаходження повзуна 2, суміщеного з блоком датчиків реєстрації положень вимірювального накінечника 1, а відповідно і вимірювального накінечника 1 відносно циліндричного напрямного стрижня 3, та координата X точки А’ сканованої поверхні S відповідають одна одній: 6 Х = Хo. Таким чином, формули для визначення координат X, Y, Z точки А' сканованої поверхні S за відомими установочним кутом d, координатою Zo базису сканування, координатою Yo початкового положення точки А вимірювального накінечника 1, радіусом циліндричного напрямного стрижня 3 ОМ=r та геометричним розміром ВМ вимірювального накінечника 1 мають вигляд: X=Xo Y=Yo-2Rsin(Y'/2·r)·cos(90°-d+Y’/2·r). Z=Z0-ВМ+2Rsin(Y'/2·r)·sin (90°-d+Y’/2·r) Джерела інформації: 1. А.с. 1795704. Устройство для определения координат точек поверхности изделий. Е.Т. Вагнер, Н.С. Костюков, А.А. Черенков - Оп убл. в Б.И. №9, 1995. – аналог. 2. Патент RU 2036412. Щуповой профилометр. Бюро инженерно-конъюнктурной информации и исследований "БИКИНИ". - Оп убл. в Б.И. №15, 1995.- аналог. 3. А.с. 1795263. Копир для контроля профильных поверхностей. В.Ф. Титаренко, В.Г. Маслиев, В.Л. Добровольский, А.В. Спивак - Опубл. в Б.И. №6, 1993. – прототип. 7 Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков 25633 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601