Разработка конструкции компактного цилиндрического профилографа для измерения геометрических параметров поверхности
Федорова А.А., Орлов Д.С., Марков С.В.
Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, Чебоксары
Ключевые слова: профилограф, цилиндрическая система координат, лазерный датчик, планетарная передача, винтовой привод, микрорельеф поверхности.
Аннотация. В статье рассматривается разработка конструкции компактного мехатронного профилографа с цилиндрической системой координат, предназначенного для измерения геометрических параметров и микрорельефа поверхности при испытаниях сельскохозяйственных и наземных транспортных машин. Целью работы является создание измерительного устройства с уменьшенными габаритами и массой при сохранении протяжённой зоны сканирования и требуемой точности. Рассмотрены конструктивные и кинематические особенности линейных и портальных профилографов, показаны их ограничения, связанные с ростом длины направляющих, массы подвижных элементов и инерционных нагрузок при увеличении зоны измерений. Предложена осесимметричная конструктивно-кинематическая схема, реализующая перемещение лазерного датчика в цилиндрической системе координат за счёт сочетания вращательного движения и радиального поступательного перемещения. Показано, что применение планетарной передачи и винтового радиального привода позволяет существенно сократить суммарную длину направляющих и металлоёмкость по сравнению с декартовыми схемами при сопоставимой площади контролируемой зоны. Приведены результаты сравнительного анализа двух типов траекторий сканирования – челночной (декартова схема) и спирали Архимеда (цилиндрическая схема). Обосновано, что использование спиральной траектории сокращает длину измерительного пути, что ведёт к уменьшению времени измерения и снижению энергопотребления. Экспериментальные исследования опытного образца подтвердили возможность высокоточного измерения параметров микрорельефа поверхности при компактных габаритах установки.
Development of a compact cylindrical profilograph for measuring surface geometric parameters
Fedorova A.A., Orlov D.S., Markov S.V.
Chuvash State University named after I.N. Ulyanov, Cheboksary
Keywords: profilograph, cylindrical coordinate system, laser sensor, planetary gear, screw drive, surface microrelief.
Abstract. This article discusses the development of a compact mechatronic profilograph with a cylindrical coordinate system, designed to measure geometric parameters and surface microrelief during testing of agricultural and ground-based vehicles. The objective of the study is to create a measuring device with reduced dimensions and weight while maintaining an extended scanning zone and the required accuracy. The design and kinematic features of linear and portal profilographs are examined, highlighting their limitations associated with the increased length of guides, the mass of moving elements, and inertial loads with an increased measurement zone. An axisymmetric design and kinematic scheme is proposed, implementing the movement of a laser sensor in a cylindrical coordinate system through a combination of rotational motion and radial translational movement. It is shown that the use of a planetary gear and a radial screw drive allows for a significant reduction in the total length of guides and metal consumption compared to Cartesian designs with a comparable monitoring zone area. The results of a comparative analysis of two types of scanning trajectories – a shuttle (Cartesian pattern) and an Archimedean spiral (cylindrical pattern)—are presented. It is demonstrated that using a spiral trajectory shortens the measurement path, leading to shorter measurement times and lower energy consumption. Experimental studies of a prototype confirmed the feasibility of high-precision measurement of surface microrelief parameters within a compact setup.