PL176148B1

PL176148B1 - Method of and apparatus for circularity measurements

Info

Publication number: PL176148B1
Application number: PL95307963A
Authority: PL
Inventors: Józef Kaczmarek; Andrzej Koziarski; Krzysztof Krawiecki
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1999-04-30
Also published as: PL307963A1

Abstract

1. Sposób pomiaru odchyłek okrągłości, w którym mie- '"A rzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy, podczas .57) któregg dokonuje się ponmiru prren^eescceń profilu tego przedrmooj t przy uuyciu wyników tteg ρη^αυ oOoośla odchyłki okrągłości, znamienny tym, że mierzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy równocześnie z pierścieniem wzorcowym, następnie dkkkuuJe się równoczesnego pomiaru przemieszczeń profilu mierykueok przedmiotu i przemieszczeń profilu pierścienia wyorckweoo podczas ich wspólnego obrotu, po czym nr podstawie uzyskanych ciągów wartości liczbowych obydwu pomiarów, przy pomocy kOokwieduieOk algorytmu obliczeniowego, określa się wartość i kątowe położeniebłędu mimośrodowego usytuowania mierzkueoo przedmiotu, eliminuje ten błąd, określa kątowy rozkład odchyłek okrągłości mierzonego przedmiotu oraz sumaIytyuc błąd okrągłości mierzonego przedmiotu 2. Urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości, wyposażonewobrotowewrzeciono ułożyskowanewtuleiłożyskowej 1 połączone z mechanizmem napędu, zawierające także czujniki pomiarowe, mechanizm przesuwu pikukweoo oorz komputerowy wskaźnik odchyłki okrągłości, znamienne tym, że na wrzecikuie (1) ułożyskowanym wewnątrz Iożcskowej tulei (2) w łożysku αerosóαóycyncm, nad łoż^^l^^jąc^ tuleją (2), jest osadzony dodatkowo wzorcowy pierścień (4), czujniki (5 i 6), z którychjeden czujnik(5)jest przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego (4), zaś drugi czujnik (6) z końcówką z materiału o0okruego na ścieranie, jest pryeznacykuc do pomiaru przemieszczeń profilu mierzkueoo przedmiotu (7), są połączone, poprzez wzmacniacze pomiarowe (10 i 11), z komputerem (12), z którcmjesttakże złączony trauskpókrszczelinowy (13), przy czym czujnik (6) do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego prz^i^o^jest wyposażonywmechanizm(8) przesuwu pionowego i mechanizm (9) przesuwu poziomego.1. A method of measuring roundness deviations in which the measured object is set in rotation, during which the profile displacements of this object are measured using the results of this measurement of the roundness deviation, characterized in that the measured object is set in rotation simultaneously with the reference ring, then the displacements of the profile of the measuring object and the displacements of the profile of the measuring ring are measured simultaneously during their joint rotation, after which, on the basis of the obtained sequences of numerical values of both measurements, using a certain calculation algorithm, the value and angular position of the eccentric error of the positioning of the measuring object are determined, this error is eliminated, the angular distribution of the roundness deviations of the measured object is determined and the total roundness error of the measured object is determined. 2. A device for measuring roundness deviations, equipped with a rotating spindle mounted in a bearing sleeve 1 connected to a drive mechanism, also containing measuring sensors, a peak feed mechanism and a computer indicator of roundness deviation, characterized in that on the spindle (1) mounted inside the bearing sleeve (2) in the αerosφα ... a semi-slotted transducer (13), wherein the sensor (6) for measuring the displacements of the profile measured by the transducer is equipped with a vertical displacement mechanism (8) and a horizontal displacement mechanism (9).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości.The subject of the invention is a method and a device for measuring roundness deviations.

Z polskiego opisu patentowego nr 109 880 jest znany przyrząd do pomiaru odchyłek okrągłości, wyposażony w zespół pomiarowy, który stanowi nieruchomy stolik wyposażony w mechanizm przesuwu pionowego, umieszczony wewnątrz stolika ruchomego, którego górną część stanowi prowadnica pierścieniowa, na której są zamocowane pryzma oraz uchwyty z czujnikami pomiarowymi. Nadto przyrząd jest wyposażony w zespół napędowy, który stanowi wrzeciono obrotowe i jednocześnie przesuwne w kierunku pionowym, zamocowane nad zespołem pomiarowym, współosiowo ze stolikiem nieruchomym, zaopatrzone od dołu w zabierak, zaś od góry - w mechanizm regulacji siły docisku zabieraka do powierzchni czołowej elementu mierzonego.From the Polish patent specification No. 109 880 there is known an instrument for measuring deviations of roundness, equipped with a measuring assembly, which is a stationary table equipped with a vertical sliding mechanism, placed inside a movable table, the upper part of which is a ring guide on which the prisms and handles with measuring sensors. In addition, the device is equipped with a drive unit, which is a rotating spindle and at the same time sliding in the vertical direction, mounted above the measuring unit, coaxially with the stationary table, provided with a driver on the bottom, and with a driver pressure adjustment mechanism on the front surface of the measured element on the top. .

Niedogodnością stosowania tego urządzenia jest konieczność wymiany pryzmy w zależności od średnicy mierzonych przedmiotów oraz spodziewanego charakteru rozkładu odchyłek ich okrągłości. Nadto łożyskowanie obrotowego wrzeciona może mieć wpływ na dokładność pomiaru.The disadvantage of using this device is the necessity to replace the prism depending on the diameter of the measured objects and the expected nature of the distribution of their roundness deviations. In addition, the bearing of the rotary spindle can affect the accuracy of the measurement.

Znane jest także urządzenie do pomiaru odchyłek odkrągłości, wyposażone w stół współrzędnościowy do mocowania mierzonego przedmiotu, nad którym jest umieszczone wrzeciono obrotowe ułożyskowane w tulei, wyposażone od dołu w końcówkę pomiarową, połączone poprzez komputerowy wskaźnik odchyłki okrągłości, z rejestratorem profilu mierzonego przedmiotu oraz wskaźnikiem osiowego ustawienia mierzonego przedmiotu. Niedogodnością stosowania tego urządzenia jest konieczność odpowiedniego ustawienia mierzonego przedmiotu względem wrzeciona, a mianowicie takiego, aby oś tego przedmiotu pokrywała się z osią wrzeciona. Takie ustawienie mierzonego przedmiotu jest operacją czasochłonną i kłopotliwą.There is also a known device for measuring the deviation of roundness, equipped with a coordinate table for fixing the measured object, above which a rotary spindle is placed in a sleeve, equipped from the bottom with a measuring tip, connected through a computer indicator of roundness deviation, with a recorder of the measured object profile and an axial indicator workpiece settings. The disadvantage of using this device is the necessity to properly position the workpiece to be measured in relation to the spindle, namely such that the axis of the workpiece coincides with the spindle axis. Such setting of the measured object is a time-consuming and troublesome operation.

176 148176 148

Nadto przyrząd nie znajduje zastosowania do pomiaru odchyłek okrągłości ściernic i jest trudno dostępny ze względu na wysoką cenę.Moreover, the instrument is not applicable for measuring the roundness deviation of grinding wheels and is difficult to obtain due to its high price.

Znane są sposoby dwu- i trójpunktowe oraz sposoby bezodniesieniowe pomiaru odchyłek okrągłości. Sposoby te polegają na wprawieniu mierzonego przedmiotu w ruch obrotowy, podczas którego mierzy się i rejestruje odchyłki okrągłości. Badany przedmiot wprawia się w ruch obrotowy ręcznie bądź za pomocą obrotowego wrzeciona. W przypadku stosowania wrzeciona mierzony przedmiot ustawia się do pomiaru tak, by jego oś pokrywała się z osią wrzeciona bądź tak, by dotykał swoją powierzchnią pryzmy uprzednio dobranej w zależności od średnicy mierzonego przedmiotu i spodziewanego charakteru rozkładu odchyłek okrągłości i odpowiednio ustawionej względem osi wrzeciona. Ręczny obrót badanego przedmiotu powoduje, iż uzyskiwane wyniki pomiarów są obarczone błędem, natomiast operacje ustawienia mierzonego przedmiotu w osi wrzeciona oraz doboru, wymiany i ustawienia pryzmy są kłopotliwe i czasochłonne.There are known two-point and three-point methods as well as non-reference methods for measuring roundness deviations. These methods consist in setting the object to be measured in a rotary motion during which the roundness deviations are measured and recorded. The test object is set in rotation either manually or by means of a rotary spindle. In the case of using the spindle, the measured object is set for measurement so that its axis coincides with the spindle axis or so that it touches with its surface a prism previously selected depending on the diameter of the measured object and the expected nature of the roundness deviation distribution and appropriately set in relation to the spindle axis. Manual rotation of the tested object causes that the obtained measurement results are error-prone, while the operations of setting the measured object in the spindle axis as well as selecting, replacing and setting the prism are troublesome and time-consuming.

Sposób pomiaru odchyłek okrągłości, w którym mierzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy, podczas którego dokonuje się pomiaru przemieszczeń profilu tego przedmiotu i przy użyciu wyników tego pomiaru określa odchyłki okrągłości, według wynalazku polega na tym, że mierzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy równocześnie z pierścieniem wzorcowym, po czym dokonuje się równoczesnego pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu i przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego podczas ich wspólnego obrotu i na podstawie uzyskanych ciągów wartości liczbowych obydwu pomiarów, przy pomocy odpowiedniego algorytmu obliczeniowego, określa się wartość i kątowe położenie błędu mimośrodowego usytuowania mierzonego przedmiotu, eliminuje ten błąd, określa kątowy rozkład odchyłek okrągłości mierzonego przedmiotu oraz sumaryczny błąd okrągłości mierzonego przedmiotu.The method of measuring roundness deviations, in which the measured object is set in rotation, during which the displacements of the profile of this object are measured and using the results of this measurement, the roundness deviation is determined, according to the invention, the measured object is set in rotation simultaneously with with the calibration ring, and then the displacements of the measured object profile and the displacements of the reference ring profile are measured simultaneously during their joint rotation, and based on the obtained series of numerical values of both measurements, using an appropriate calculation algorithm, the value and angular position of the eccentric positioning error of the measured object is determined, eliminates this error, determines the angular distribution of the roundness deviations of the measured object and the total roundness error of the measured object.

Urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości, wyposażone w obrotowe wrzeciono ułożyskowane w tulei łożyskowej i połączone z mechanizmem napędu, czujniki pomiarowe, komputerowy wskaźnik odchyłek okrągłości oraz mechanizm przesuwu pionowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, na wrzecionie ułożyskowanym wewnątrz tulei w łożysku aerostatycznym, nad tuleją łożyskującą, jest osadzony pierścień wzorcowy. Czujniki, jeden do pomiaru przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego, zaś drugi, z końcówką z materiału odpornego na ścieranie, do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu, są połączone, poprzez wzmacniacze pomiarowe, z komputerem. Z komputerem jest także złączony transoptor szczelinowy. Czujnik do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu jest wyposażony w mechanizm przesuwu pionowego i mechanizm przesuwu poziomego.The device for measuring roundness deviations, equipped with a rotating spindle mounted in a bearing sleeve and connected to the drive mechanism, measuring sensors, a computer roundness deviation indicator and a vertical displacement mechanism, according to the invention, is characterized by the fact that the spindle is mounted inside the sleeve in an aerostatic bearing, above the bearing sleeve the reference ring is seated. Sensors, one for measuring the displacement of the gauge ring profile, and the other, with a tip made of an abrasion-resistant material, for measuring the displacement of the profile of the measuring object, are connected via measuring amplifiers to a computer. A slotted optocoupler is also connected to the computer. The sensor for measuring the profile displacement of the measured object is equipped with a vertical shift mechanism and a horizontal shift mechanism.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają łatwy i szybki pomiar odchyłek okrągłości z dokładnością 0,5 (tm w czasie zaledwie 40 s. W urządzeniu wyeliminowano zarówno konieczność odpowiedniego ustawienia mierzonego przedmiotu względem osi wrzeciona jak również konieczność doboru i wymiany pryzmy, co znacznie ułatwia i upraszcza pomiar. Ułożyskowanie wrzeciona w łożysku aerostatycznym eliminuje błędy pomiaru odchyłek okrągłości wynikające z występowania ruchów drgających, towarzyszących bardzo małym prędkościom obrotowym. Zastosowanie pierścienia wzorcowego i pomiaru przemieszczeń jego profilu eliminuje, ewentualne błędy ruchu wrzeciona w łożysku aerostatycznym. Urządzenie według wynalazku znajduje zastosowanie zarówno do pomiaru odchyłek okrągłości ściernic jak i innych przedmiotów o profilu okrągłym, a także może być wykorzystane do pomiaru odchyłek okrągłości profili zbliżonych do okrągłych, na przykład krzywek tarczowych.The method and device according to the invention enable easy and quick measurement of roundness deviations with an accuracy of 0.5 (tm in only 40 seconds. The device eliminates both the need to properly position the measured object in relation to the spindle axis as well as the need to select and replace the prism, which greatly facilitates and simplifies The bearing of the spindle in the aerostatic bearing eliminates errors in measuring roundness deviations resulting from vibrating movements accompanying very low rotational speeds. The use of a reference ring and measurement of its profile displacements eliminates any spindle movement errors in the aerostatic bearing. The device according to the invention is applicable both for measuring roundness deviations of grinding wheels as well as other objects with a round profile, and can also be used to measure roundness deviations of profiles similar to round ones, for example disc cams.

P_rzedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat upzzdzenia do pomiaru kdchyłek okrągłości, zaś fig. 2 i 3 wykresy uzyskane w wyniku realizacji sposobu pomiaru odchyłek okrągłości. _The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a spike diagram for measuring roundness deviation, and Figs. 2 and 3 the graphs obtained by implementing the method for measuring roundness deviations.

Ściernicę 7, zamocowaną na wrzecionie 1 nad wzorcowym pierścieniem 4, i wz_orcowy pierścień 4 wprawiono w ruch obrotowy za pomocą mechanizmu 3. Podczas ich wspól_neg_oobrotu dokonywano równoczesnego pomiaru przemieszczeń profilu: ściernicy 7 przy pomocy czujnika 5 i wzorcowego pierścienia 4 przy pomocy czujnika 6. Ciągi wartości liczbowych uzyskane z pomiarów ściernicy i wzorcowego pierścienia 4, odpowiednio wzmocnione we wzmacniaczach 10 i 11 oraz sygnały rozpoczęcia i zakończenia pomiarów z transoptora 13, wprowadzono do komputera 12, wyposażonego w odpowiedni algorytm obliczeniowy, w wyniku czego uzyskano wykres profilu ściernicy 7 zawierający bicie promieniowe wraz z podaną wartością tego bicia oraz nałożony na ten wykres obraz rozkładu odchyłek okrągłości (fig. 2). Następnie komputer 12, dokonał obliczenia wartości odchyłki niewspółśrodkowości oraz kąta jej położenia, a po eliminacji tej odchyłki, dokonał obliczenia odchyłki okrągłości na całym obwodzie ściernicy 7 oraz sumarycznej odchyłki okrągłości. Jako wynik tych obliczeń uzyskano wykres rozkładu odchyłek okrągłości wraz z podaną wartością liczbową tej odchyłki, przedstawiony na fig. 3 rysunku.Grinding wheel 7 fixed on the spindle 1 on the reference ring 4 and GM _ORCO O ring 4 is set into a rotating motion by means of the mechanism 3. In their common rotation _n _of eg made of simultaneously measuring the displacement Profile grinding wheel 7 by means of the reference sensor 5 and the ring 4 using the sensor 6. The series of numerical values obtained from the measurements of the grinding wheel and the reference ring 4, appropriately amplified in the amplifiers 10 and 11, and the signals to start and stop the measurements from the optocoupler 13, were entered into the computer 12, equipped with an appropriate calculation algorithm, as a result of which the graph was obtained the profile of the grinding wheel 7 containing the radial runout with a given value of this runout and a picture of the roundness deviation distribution superimposed on this graph (Fig. 2). Next, the computer 12 calculated the value of the eccentricity deviation and the angle of its position, and after eliminating this deviation, it calculated the roundness deviation along the entire circumference of the grinding wheel 7 and the total roundness deviation. As a result of these calculations, a diagram of the roundness deviation distribution was obtained with the given numerical value of this deviation, presented in Fig. 3 of the drawing.

Urządzenie jest wyposażone w obrotowe wrzeciono 1 ułożyskowane wewnątrz tulei łożyskowej 2 w aerostatycznym łożysku poprzeczno-wzdłużnym. Wrzeciono 1 jest połączone z zespołem napędowym 3. Na wrzecionie 1, nad tuleją 2, jest osadzony wzorcowy pierścień 4. Urządzenie jest wyposażone w dwa czujniki indukcyjne 5 i 6, z których jeden czujnik 5 jest przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu wzorcowego pierścienia 4. Drugi czujnik 6, z szafirową końcówką pomiarową, przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu 7, jest wyposażony w mechanizm 8 przesuwu pionowego i mechanizm 9 przesuwu poziomego. Czujniki 5 i 6 są połączone elektrycznie z pomiarowymi wzmacniaczami 10 i 11, z których każdy jest wyposażony w interfejs do współpracy z komputerem 12. Urządzenie zawiera transoptor szczelinowy 13, także połączony elektrycznie z komputerem 12.The device is equipped with a rotary spindle 1 mounted inside a bearing sleeve 2 in an aerostatic transverse-thrust bearing. The spindle 1 is connected to the drive unit 3. The reference ring 4 is mounted on the spindle 1, above the sleeve 2. The device is equipped with two inductive sensors 5 and 6, of which one sensor 5 is designed to measure the displacements of the reference ring profile 4. The second sensor 6, with a sapphire measuring tip, designed to measure the displacements of the profile of the measured object 7, is equipped with a vertical travel mechanism 8 and a horizontal travel mechanism 9. The sensors 5 and 6 are electrically connected to the measuring amplifiers 10 and 11, each equipped with an interface for cooperation with a computer 12. The device comprises a slotted optocoupler 13, also electrically connected to the computer 12.

W celu dokonania pomiaru mierzony przedmiot 7 zamocowuje się na wrzecionie 1 nad wzorcowym pierścieniem 4, po czym ustala się, przy pomocy mechanizmu 8, miejsce pomiaru odchyłek okrągłości wzdłuż tworzącej przedmiotu 7. Przy pomocy mechanizmu 9 ustawia się czujnik indukcyjny 6 tak, aby dotykał przedmiotu 7, zaś zakres pomiaru czujnika 6 ustawia się w pobliżu środka skali zakresu pomiarowego widocznego na wzmacniaczu 11. Następnie włącza się komputer 12 i mechanizm 3 napędu wrzeciona 1.In order to perform the measurement, the measured object 7 is mounted on the spindle 1 over the standard ring 4, and then, with the aid of the mechanism 8, the place of measurement of roundness deviations along the object 7 is determined. Using the mechanism 9, the inductive sensor 6 is set so that it touches the object. 7, and the measuring range of the sensor 6 is set near the center of the scale of the measuring range visible on the amplifier 11. Then the computer 12 and the spindle drive mechanism 3 are turned on.

176 148176 148

Υ16 148Υ16 148

Fig. IFig. I.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 2.00

Claims

Patent claims

1. Method for measuring roundness deviations, in which the measured object is set in rotation, during which the displacements of the profile of this object are measured and using the results of this measurement, it determines the roundness deviations, characterized in that the measured object is set in rotation simultaneously with the ring Then, the displacements of the measured object profile and the displacements of the reference ring profile during their joint rotation are measured simultaneously, and then, based on the obtained series of numerical values of both measurements, using an appropriate calculation algorithm, the value and angular position of the eccentric positioning error of the measured object are determined, eliminates this error, determines the angular distribution of the roundness deviations of the measured object and the total roundness error of the measured object.

2. A device for measuring roundness deviations, equipped with a rotary spindle bearing in a bearing sleeve and connected to the drive mechanism, also containing measuring sensors, a vertical travel mechanism and a computer indicator of roundness deviation, characterized by the fact that on the spindle (1) mounted inside the bearing sleeve ( 2) in the aerostatic bearing, above the bearing sleeve (2), there is additionally mounted a standard ring (4), sensors (5 and 6), one of which sensor (5) is designed to measure the displacement of the template ring profile (4), and the other the sensor (6) with a tip made of abrasion-resistant material is designed to measure the displacements of the profile of the measured object (7), they are connected, through measuring amplifiers (10 and 11), to the computer (12), to which the slotted optocoupler ( 13), the sensor (6) for measuring the displacements of the profile of the measured object is equipped with a vertical shift mechanism (8) and a sliding mechanism (9) pos. iomego.