Пристрій для вимірювання положення поверхонь виробу у просторі

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения положения преимущественно плоских поверхностей в пространстве, например посадочных мест кузова легкового автомобиля для верхней и нижней опор передней подвески при их массовом производстве на конвейере. Известно устройство для измерения угловых и линейных координат [1], содержащее корпус, установленный в нем поворотный стол с планшайбой, закрепленную на планшайбе стойку, размещенную в стойке с возможностью перемещения по ней каретку с головкой, установленной с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной к стойке, и линейку, установленную на головке с возможностью перемещения перпендикулярно к ее оси. Стойка смещена относительно оси поворотного стола, а линейка размещена в плоскости, проходящей через ось вращения поворотного стола. Необходимость наличия стационарной базовой поверхности для установки проверяемого изделия и самого устройства не обеспечивает возможность измерения деталей при массовом производстве на конвейере, например, кузова легкового автомобиля. Измерение угловых и линейных координат каждой отдельной точки в пространстве не обеспечивает возможность определения взаимного положения поверхностей пространственного объекта за одну установку. По наибольшему количеству сходных существенных признаков и достигаемому результату в качестве прототипа выбран угломерный измерительный инструмент для измерения положения в пространстве поверхностей типа фланца труб [2], содержащий базовый элемент, несущий два координатных угломера, взаимодействующих с измеряемыми поверхностями. При этом базовый элемент выполнен в виде двух сочлененных шарниром штанг и снабжен лимбом, определяющим угол раствора штанг. Необходимость снятия показателей при каждом измерении с угломеров требует свободного визуального доступа к ним, что не может быть выполнено при измерении положения поверхностей изделий типа кузова легкового автомобиля, так как их измеряемые поверхности расположены в труднодоступных местах для обозрения и размещения измерительного устройства. Следовательно, известное устройство не обеспечивает возможность его использования для измерения положения поверхностей на изделиях подобного типа. Используемые в устройстве двухкоординатные угломеры имеют сравнительно большие габариты, в результате перекрывают измеряемые поверхности и тем самым еще больше затрудняют визуальный доступ к ним. Вместе с тем, устройство требует точной его установки в одной расчетной плоскости расположения одной из искомых координат пространственного положения измеряемых поверхностей, так как отклонение от нее неизбежно вызовет погрешности при измерении. Такая установка устройства также не может быть выполнена в условиях конвейерного производства. Кроме того, необходимость снятия показаний с трех отсчетных узлов (лимба и двух угломеров) с учетом длины телескопических штанг и последующего выполнения расчетов снижает производительность устройства, что не позволяет его использовать при массовом производстве. В основу изобретения подставлена задача усовершенствования устройства для измерения положения поверхностей в пространстве, в котором единственно возможным взаимным расположением элементов исключается необходимость установки устройства в одной расчетной плоскости и за счет этого обеспечивается возможность его использования для измерения изделий типа кузова легкового автомобиля в условиях конвейерного производства, т. е. расширение технологических возможностей, а уменьшением количества считывания показаний с исключением проведения необходимых расчетов обеспечивается уменьшение затрат рабочего времени и за счет этого повышение производительности. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения положения поверхностей в пространстве, содержащем две, кинематически связанные между собой, штанги, базирующий элемент и узел отсчета, кинематическая связь между штангами выполнена в виде промежуточного звена, жестко соединенного одним концом перпендикулярно с одной из штанг, расположенной с возможностью вращения относительно своей оси, другим концом шарнирно соединенного со второй штангой относительно оси промежуточного звена в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, одна из которых проходит через ось промежуточного звена, базирующий элемент выполнен в виде шарового шарнира, закрепленного на конце второй штанги и предназначенного для взаимодействия с двумя из поверхностей изделия, а узел отсчета выполнен в виде кронштейна, жестко закрепленного на промежуточном звене, и закрепленного на кронштейне индикатора, измерительный стержень которого предназначен для взаимодействия со второй штангой. Кроме того; шарнирное соединение между промежуточным звеном и второй штангой выполнено в виде вилки, одним концом закрепленной на свободном конце промежуточного звена соосно ему и с возможностью вращения вокруг своей оси, а другим концом сочленена шарниром со второй штангой, при этом ось шарнира перпендикулярна оси промежуточного звена и проходихчерез точку ее пересечения с осью второй штанги, а также устройство снабжено вытяжным пальцем, предназначенным для фиксации вилки на второй штанге. Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения за счет выполнения кинематической связи между штангами в виде промежуточного звена, жестко соединенного одним концом перпендикулярно с одной из штанг, расположенной с возможностью вращения относительно своей оси, другим концом шарнирно соединенного со второй штангой с пересечением их осей и с возможностью вращения второй штанги относительно оси промежуточного звена двух взаимно перпендикулярных плоскостях, одна из которых проходит через ось промежуточного звена, обеспечивает подвижность второй штанги относительно первой и трех взаимно перпендикулярных плоскостях расположения заданных координат измеряемых поверхностей. Выполнение базирующего элемента в виде шарового шарнира, закрепленного на конце второй штанги и предназначенного для взаимодействия с двумя из поверхностей изделия, обеспечивает проворот второй штанги относительно базирующего элемента в направлении любой из трех ранее упомянутых плоскостей ее подвижности. Указанные свойства предложенного устройства обеспечивают при заданных длинновых размерах и относительном соединении его элементов, единственно возможное их взаимное расположение, соответствующее фактическому положению измеряемых поверхностей, что исключает необходимость установки устройства относительно последних в одной расчетной плоскости. Выполнение узла отсчета в виде кронштейна, жестко закрепленного на промежуточном звене и закрепленного на кронштейне индикатора, измерительный стержень которого предназначен для взаимодействия со второй штангой, позволяет производить измерение суммарного угла фактического наклона второй штанги от расчетного, учитывающего отклонения от номинальных значений искомых координат, исключая при этом необходимость использования двухкоординатных угломеров, что обеспечит возможность считывания показаний только в зоне визуального доступа. Вместе с тем, уменьшение количества считываний показаний с исключением проведения необходимых расчетов уменьшит затраты рабочего времени, а следовательно, повысит производительность устройства. Выполнение шарнирного соединения между промежуточным звеном и второй штангой в виде вилки, одним концом закрепленной на свободном конце промежуточного звена соосно ему и с возможностью вращения вокруг своей оси, а другим концом сочленена шарниром со второй штангой, при расположении оси шарнира перпендикулярно оси промежуточного звена и прохождении через точку ее пересечения с осью второй штанги, обеспечивает надежность и простоту конструкции устройства. Наличие в устройстве вытяжного пальца, предназначенного для фиксации вилки на второй штанге, обеспечивает возможность раздельной установки штанг на измеряемые поверхности, а тем самым возможность применения устройства при измерении положения в пространстве поверхностей, образующих отверстия изделий. На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - вид Αι на фиг. 1; на фиг. 3 -разрез А2-А2 на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б1-Б1 на фиг. 1. Устройство для измерения положения поверхностей в пространстве изделий типа кузова легкового автомобиля содержит две штанги 1 и 2. Штанга 1 выполнена с базирующими поверхностями 3, 4 и 5, предназначенными для взаимодействия с измеряемыми поверхностями, образующими отверстиями 6 и 7 изделия 8, и установлена с возможностью проворота вокруг своей оси. Для фиксации положения на изделии 8 штанга 1 снабжена гайкой 9. На конце штанги 2 закреплен базирующий элемент 10, выполненный в виде шарового шарнира с двумя базирующими поверхностями 11 и 12, предназначенными для взаимодействия с измеряемыми поверхностями, образующими отверстие 13 изделия 8. При этом центр шарового шарнира совмещен С точкой 14 пересечения оси15 с базирующей поверхностью 11. Между штангами 1 и 2 установлено промежуточное звено 16, перпендикулярно и жестко соединенное одним концом со средней частью штанги 1, а другим концом шарнирно соединенное со штангой 2 с пересечением их осей и с возможностью вращения штанги 2 относительно оси промежуточного звена 16 в двух перпендикулярных плоскостях, одна из которых проходит через ось промежуточного звена 16. Шарнирное соединение между промежуточным звеном 16 и штангой 2 выполнено в виде вилки 17, одним концом закрепленной на свободном конце промежуточного звена 16 соосно ему и с возможностью вращения вокруг своей оси 18, а другим концом шарнирно сочлененной при помощи вытяжного пальца 19 со штангой 2. При этом ось 20 вытяжного пальца шарнира перпендикулярна оси 18 и проходит через точку ее пересечения с осью 15 штанги 2, а расстояние "Б" от оси штанги 1 до оси 20 шарнира, расстояние "М" от базовой поверхности 3 штанги 1 до оси промежуточного звена 16 и длина "К" штанги 2 от оси шарнира 20 до центра 14 шарового шарнира выполнены заданными. На промежуточном звене 16 жестко закреплен кронштейн 21 с индикатором 22, измерительный наконечник 23 которого предназначен для взаимодействия со штангой 2. Устройство работает следующим образом. В исходном положении вытяжной палец 19 извлечен из шарнирного соединения и вилка 17 разомкнута со штангой 2. Штангу 1 устанавливают в отверстии 6 и 7 изделия 8 и перемещают в осевом направлении до упора базирующей поверхности 3 в торцевую поверхность отверстия 6. Гайку 9 навинчивают на конец штанги 1 до беззазорного проворота штанги 1 относительно измеряемых поверхностей изделия 8. Штангу 2 свободным концом вводят в отверстие 13 изделия 8 до соприкосновения поверхностей 11 и 12 базирующего элемента 10 с измеряемыми поверхностями, образующими отверстие 13 изделия 8, и соединяют с вилкой 17 посредством пальца 19. Элементы устройства самоустанавливаются друг относительно друга й зависимости от фактического положения измеряемых поверхностей. На шкале индикатора 22, предварительно настроенного на номинальное значение угла а наклона штанги 2, снимают показания и делают вывод о пригодности изделия для дальнейшей сборки, При этом допустимое отклонение угла а от номинального значения предварительно определяют по предельным значениям заданных координат А, Б, В, между измеряемыми поверхностями в пространстве. После этого палец 19 выводят из шарнира, снимают штанги 1 и 2 с изделия 8, предварительно отвинтив гайку 9, и цикл повторяют. Использование изобретения обеспечит возможность проведения измерения положения преимущественна плоских поверхностей в пространстве изделий типа кузова легкового автомобиля с повышенной производительностью и в условиях конвейерного массового производства.