Спосіб базового центрування об’єктів

Пропонований винахід відноситься до радіоелектронного матеріалознавства, зокрема механічної обробки монокристалів і може бути використаний в оптичному приладобудуванні, магніто-опто-акустоелектроніці дерево-кам'янообробці та ювелірній справі. В основу пропонованого винаходу поставлено завдання вироблення універсального підходу до базового центрування об'єктів ускладненої геометричної форми. Вживана термінологія переважно запозичена з машинобудування, зокрема з ДЕСТ 24642-81 та СТ СЕВ 301-76, а також оптичного приладобудування. База - це елемент деталі або їх поєднання, що визначає одну з площин або осей системи координат, по відношенню до яких задається допуск розміщення або визначається відхилення у розміщенні інших її елементів. Базами є: базова площина, базова вісь, базова площина симетрії. Центрування передбачає пошук однієї або декількох осей обертання напівфабрикату з метою їх суміщення з осями обертання засобів виробництва або контролю готового виробу, тобто для досягнення певної мети. Під базовим центруванням будемо розуміти пошук оптимального просторового положення осі обертання напівфабрикату за наявності додаткової, рівноцінної з базовою віссю обертання бази готового виробу у вигляді плоскої геометричної фігури або основи, лінійні, кутові розміри поряд з кристалографічною орієнтацією якої задано нормативно-технічною документацією. Під оптимальним просторовим положенням осі обертання напівфабрикату будемо приймати таке, при якому витрати як матеріальні так і трудові стають мінімальними, а якість - найвища з усіх можливих. Предметом розгляду буде загально правильна система точок, де вони займають положення поза будьякими елементами симетрії як окремі просторові геометричні фігури або їх поєднання у систему без врахування питомої ваги матеріалів кожної з них. Відомий спосіб підготовки кристалу до обточування, який включає операції встановлення кристалу у державку таким чином, що вісь кристалу розміщується паралельно осі його обертання в станку, дискретного обертання кристалу з реєстрацією його профілю під різними кутами для формування трьохмірного зображення, та на основі аналізу відхилень профілю кожного із перерізів кристалу від профілю очікуваного виробу, визначають найраціональніший тип огранки та, відповідно до нього, положення кристалу відносно осі обертання а також інші технологічні параметри з метою мінімізації втрат матеріалу, зокрема алмазу – [пат. України 26019]. Поставлена у винаході задача вирішується у способі базового центрування об'єктів, що включає їх встановлення, просторову орієнтацію та закріплення у спеціальне пристосування, яке здійснює переміщення та дискретне обертання цих об'єктів навколо осі як головної технологічної бази, оптимальне просторове положення якої визначають шляхом почергового суміщення та візуального порівняння контуру профілю кожного осьового перерізу об'єкту з контуром профілю осьового перерізу готового виробу при умовах повного перекриття другого першим та відповідності кутових координат між цими осьовими перерізами. Згідно зі способом, формують двомірні зображення готового виробу у вигляді пар граничних фігур або граничних лінійвізирів, які розташовані на двох симетричних відносно осі обертання площинах і які одержані паралельним переносом проекцій елементів просторової геометричної фігури, що відповідає формі та розмірам готового виробу на кожну із січних площин, лінія перетину яких співпадає з віссю обертання, нормальна до площини основи і проходить через центр її ваги або іншу точку, що належить до цієї площини, причому, кути повороту січних площин навколо осі обертання визначають із умов: січні площини проходять через вершини просторової геометричної фігури, співпадають з її ребрами, нормальні до її граней, нормальні до ребер основи або інших, якщо такі є, при цьому основу просторової геометричної фігури у вигляді плоскої геометричної фігури задають попередньо лінійними та кутовими розмірами і приймають за технологічну базу, рівноцінну осі обертання. У пропонованому винаході практичний результат досягається наступною послідовністю дій: - визначенням положення центру ваги бази; - ортогональним паралельним проектуванням усієї просторово геометричної фігури, що відповідає формі та розмірам готового виробу на площину бази; - проведенням пучка прямих ліній, що проходять через центр ваги до вершин її основи, нормалей до сторін і ребер та всіх інших вершин та, при наявності, нормалей до граней у проекціях; - визначенням кутових координат ліній пучка по відношенню до однієї з них, і які приймаються за сліди січних площин просторової геометричної фігури, нормальних до площин бази; - впорядкуванням кутових координат за величиною; - визначенням з допомогою ортогонального паралельного проектування положення та вигляду пар граничних фігур або граничних ліній-візирів як проекцій елементів готового виробу на січні площини у відповідності до впорядкованих кутових координат; - повторенням вищезгаданої послідовності дій для додаткових центрів ваги та їх проекцій на площину бази, якими є: центр ваги усієї просторової геометричної фігури, центри ваги її складових, центри ваги окремих граней, основ, або з інших міркувань; - аналізом та вибором достатньої кількості кутових координат та відповідних їм пар граничних геометричних фігур або граничних ліній-візирів з врахуванням особливих випадків; - дорученням до бази як рівноцінної осі циліндричної системи координат, що проходять через центр її ваги і співпадає з лінією перетину січних; - паралельним перенесенням пар граничних геометричних фігур та ліній-візирів на дві допоміжні площини, які паралельні між собою і симетричні відносно осі циліндричної системи координат; - власне базове центрування об'єкту, яке здійснюється візуально при його дискретному обертанні та переміщенні відносно пар вибраних граничних фігур та граничних ліній-візирів, що розміщені на двох допоміжних площинах і відповідають кутовим координатам січних площин; при цьому профіль об'єкта центрування повинен перекривати ці пари при кожному з кутових положень. Розглянемо приклад ускладненого випадку базового центрування напівфабрикату для готового виробу, що має вигляд двох п'ятигранних пірамід, які перетинаються. Просторова геометрична фігура як загально правильна система точок подана двома проекціями і не має жодних елементів симетрії. її база або по іншому основа, позначена на Фіг.2 та 1 буквами Б1 ....Б5 та двома символами у вигляді букви Б та (hkl) в квадратних рамках - з умовним позначенням, одне з яких стандартне, а інше означає, що база задана кристалографічною площиною в загальному вигляді - символом (hkl). Вершини Β1...В5 належать верхній основі, яка не є базовою, а буквами Д1...Д5 - спільна частина і=1...5. Щоб відрізнити проекцію горизонтальну від фронтальної, проекції останньої позначено буквами зі штрихами. Вісь O1O проходить через центр ваги бази і є нормаллю до площини, в якій вона лежить. З центру ваги точка ОºЦ проводимо пучок прямих до усіх вершин горизонтальної проекції просторової геометричної фігури і таким чином одержимо 15 кутових координат. Додатково ще 10 точок отримуємо за рахунок проведення нормалей до сторін верхньої та нижньої основи. Дві з них точка Н3 та нормаль n4 до сторони В4В5 зображено на Фіг.2. Крім цих окремих випадків ортогонального паралельного проектування на Фіг.2 є інші, а саме лінія Б3Д3 з точкою В3, що співпадає з площиною По, яку прийнято за початок відліку та нормаль n до площини Д1В1В2Д2 ( - символ кристалографічного напрямку у загальному виді). Площиною, яка зображена слідами П4 та П4, відсікається частина нижньої піраміди зі сторони основи. Положення усіх без винятку точок як проекцій усієї просторової геометричної фігури на кожну із 25 січних площин можна визначити якщо відомо спільну для всіх горизонтальну та фронтальну проекцію для однієї з них. В даному випадку для площини По. Таким чином отримуємо контури фігур взаємного перетину кожною січною площиною просторової геометричної фігури. При цьому визначаємо їх кутові координати. У машинобудуванні контури фігур взаємного перетину називають розрізами. Для високосиметричних фігур, де порядок осі симетрії дуже високий, контур профілю осьового перерізу готового виробу повністю співпадає з контуром фігури - розрізу. З Фіг.2 видно, що положення всіх наявних точок можна представити полярною системою координат. В той же час лінію перетину січних площин доцільно сумістити з віссю обертання, а відстань від бази до усіх точок на Фіг.1 прийняти за аплікати в циліндричній системі координат. За умовою вісь обертання проходить нормально через одну з точок бази, а саме центр її ваги. По аналогії до симетричних тіл можна вжити термін осьовий переріз, а пошук оптимального положення осі - базовим центруванням. Кількість січних площин і відповідних їм кутовим координат, а також фігур-розрізів для такого простого випадку настільки велика, що зводити їх зображення на одну площу По практично недоцільно. Ситуація спрощується за рахунок вищезгаданих загальних випадків ортогонального паралельного проектування. В першу чергу вибирають точки, які визначають габарити готового виробу. Таких є чотири - Б3, Б1; В2 і В4, Фіг.2, на Фіг.3 їм відповідають Б3", Б1", Β2", В4", та поз.2 і поз.3. Введемо поняття граничної фігури та граничної лініївізиру. Вони означають певну частину від контуру профілю фігури-розрізу. Горизонтальна лінія відповідає розмахові точки В2" при всіх можливих поворотах від 0 до 360°. В першому наближенні цих точок достатньо для базового центрування об'єкту. При необхідності враховують фактор відгуку. Так точці Б3 відповідає проекція точки Б1" на січну площину По, точці Б1 - точка Н3, точці В2" - точка В4" і т.д. В тому випадку, якщо мова йде про монтування та юстування готового виробу, до вищезгаданих лінійвізирів додаємо ті, які відповідають проекціям елементів просторової геометричної фігури на січні при інших особливих випадках. Це поз.1 - проекція лінії Б3В3 з частиною кута, кут В2 зображений двома променями всередині горизонтально прямої, поз.3, проекція ребра В5В4, поз.4, ребер Д1Д2 та Д1Д5, поз.7; площини Д1В1В2Д2, поз.5 та проекція кута між гранями Б1Д2Д5Б5 та Д1В1В5Д5, поз.6 як відгук до лінії Б3Д3 – Д3В3, поз.1. Позицією 8 на Фіг.3 зображено одну з граничних фігур, утворену при січенні нижньої піраміди площиною П4. Всі лінії розміщено на пластині з прозорого матеріалу, поз. 10 і можуть бути попарно позначені різними кольорами. Таким чином ми сформували двомірне зображення готового виробу. Базове центрування об'єктів відбувається при наявності пар граничних фігур або ліній-візирів, розташованих на певній відстані симетрично осі О1О. Тобто необхідна ще одна прозора пластина, повністю ідентична тій, що зображена на Фіг.3. Використовуємо метод трьох точок: одна з граничних фігур або лінійвізирів з площини П2 - об'єкт центрування - ідентична гранична фігура або лінія-візир з площини П1 - око для кожної з вибраних кутових координат. При цьому у всіх випадках контур профілю осьового перерізу об'єкту повинен перекривати контур профілю осьового перерізу готового виробу, де останній представлений двомірним зображенням. Якщо контур осьового перерізу об'єкту не перекриває контур профілю осьового перерізу готового виробу, коректують положення об'єкта відносно осі O1O та перевіряють всі інші кутові положення доти, доки воно не стає оптимальне поз. 9 Фіг.3. Об'єкт центрування вважається непридатним до використання якщо при всіх можливих переміщеннях об'єкту центрування відносно осі О 1О виявиться хоча б одна кутова координата при якій відповідно граничну фігуру або лінію-візир видно одночасно на двох площинах П2 та П1, Фіг.2. При цьому, пристосування, яке застосовується для базового центрування об'єктів повинно не тільки давати можливість переміщення та обертання їх відносно осі О 1О але бути сумісним з технологічним обладнанням та приладами контролю параметрів готового виробу. В останньому випадку це обладнання для визначення орієнтації кристалографічних площин осей і напрямків рентгенівським методом в даному випадку n, гоніометром і т.п. Зауважимо, що техніка і технологія виготовлення фотошаблонів повністю дозволяє замінити складні геометричні побудови, сформувати двомірне зображення на прозорих носіях (склі) (Фіг.3) і видати його в готовому вигляді без застосування "вигляду зверху". Для цього необхідні - гоніометр та макет готового виробу у збільшеному масштабі. Стандарт СТ СЕВ 301-76 вводить поняття точок реальної поверхні та поверхні прилягання. В цьому контексті поверхня прилягання зокрема внутрішня - це тіло правильної геометричної форми. Так як кожна просторова геометрична фігура може бути представлена сукупністю конечної кількості тіл правильної геометричної форми, то їх базове центрування теоретично можливе і зведеться до використання поряд з центром ваги бази інших центрів ваги: усієї сукупності тіл, окремих їх частин, їх основ., тощо. Враховуючи, що пропонований спосіб включає і той, який описано патентом України 26019, придатний для габаритних напівфабрикатів, базується на математичному підході і може застосовуватися в інших галузях, його можна вважати універсальним. Крім цього якщо вісь O1O є нахиленою до площини бази, геометричною добудовою можна легко звести такий випадок до того, який розглянуто. Розглянемо ще один приклад. Аналіз світлового променю здійснюється шляхом його розкладання у спектр, тобто розгалуженням на частини з допомогою дифракційної ґратки або призми. Реальна заміна цих елементів на аналоги пристроїв інтегральної оптики із застосуванням новітніх досягнень опто-магніто-акусто електроніки є. Припускаємо, що складовими такої системи є певна кількість кубиків, які розвернуті та зміщені один відносно одного і мають властивість певним чином відбивати і пропускати світло. Така оптична система міститиме як пасивні елементи так і активні; останні можуть керуватися електричним або магнітним полем, НВЧ-сигналом тощо. Це електроди, в тому числі і прозорі, котушки електромагнітів, допоміжні призми для вводу і виводу світлового променю, тобто додаткові елементи просторової геометричної форми, що ускладнює ситуацію. Пропонований спосіб дає можливість суттєво спростити як монтування так і юстування таких систем, оскільки звірити положення їх складових з розрахованими, користуючись двомірними зображеннями у вигляді пар граничних геометричних фігур та граничних ліній-візирів труднощів не представляє. Перевага пропонованого винаходу полягає у простоті та наочності для відносно простих геометричних фігур, широкому діапазоні практичного застосування відносно габаритів об'єктів центрування а також можливості контролю положення складових готового вибору, зокрема оптичних систем при їх монтуванні та юстуванні. Вживана термінологія переважно запозичена з машинобудування, зокрема з ДЕСТ 24642-81 та СТ СЕВ 301-76, а також оптичного приладобудування.