СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01B5/08 G01B5/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении отклонений от круглости преимущественно крупногабаритных оболочек вращения.

Из уровня техники не выявлен ближайший аналог, однако известны способы измерения отклонений формы оболочки вращения, характеризующих общее состояние решаемых задач, связанных с измерением отклонений формы оболочки вращения.

Известен способ измерения отклонений от круглости, заключающийся в измерении радиус-векторов точек внутренней поверхности оболочки. Измерения проводятся в плоскости контролируемого сечения от произвольного центра. Полученные в результате измерения данные пересчитываются к базе отсчета отклонений, в качестве которой могут использоваться прилегающие окружности, средняя окружность, окружность минимальных отклонений (окружность минимальной зоны) /1/.

Очевидно, что такие измерения возможны только в случае, если внутри оболочки есть условия для использования крупногабаритного инструмента. Если внутри оболочки устанавливаются конструкции, то в них делают технологические вырезы, а если это не допускается, измерения радиус-векторов проводят не по всей совокупности контролируемых точек. Такие измерения снижают качество контроля. После установки внутри оболочек крупногабаритного оборудования измерения указанным способом становятся невозможными. Кроме того, известным способом отклонения формы измеряются только на внутренней поверхности тела вращения.

Известен также способ измерения отклонений от круглости прочного корпуса подводной лодки, основанный на создании оптических баз измерения в плоскости тела вращения в виде квадрата, при этом базы измерения строятся с внешней стороны конструкции /2/. Измеряют расстояния от оптических баз до контролируемых точек сечения, рассчитывают декартовы координаты этих точек. По этим координатам определяют радиус-векторы контролируемых точек поверхности тела вращения, а затем отклонения формы.

Этот способ, названный “методом оптического квадрата”, достаточно трудоемок, так как базы измерения строятся на каждом контролируемом сечении. Точность метода также не высока, так как контролируемые размеры соизмеримы с размерами радиуса контролируемого сечения. Кроме того, некоторые точки оказываются недоступными для контроля из-за наличия внешних конструкций, что может существенно ограничить возможность использования способа.

Известны попытки решить указанную проблему способами, основанными на измерении взаимного расположения трех точек, являющихся концами двух смежных хорд поперечного сечения. Координаты этих точек, полученные по всему периметру сечения, позволяют построить поперечное сечение оболочки и определить отклонения формы /3, 4/. Эти способы имеют общие недостатки. Во-первых, они не могут быть использованы, если по периметру поперечного сечения оболочки имеются препятствия, ограничивающие непрерывность измерений. Во-вторых, точность их недостаточна.

Задачей заявляемого изобретения является расширение области использования операций контроля формы оболочек вращения.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении качества измерений отклонений формы оболочки вращения на всех стадиях изготовления, включая и этапы, следующие за установкой внутренних конструкций и оборудования.

Указанный технический результат достигается, согласно изобретению, тем, что на этапе изготовления, когда все точки доступны для контроля, выполняется полный контроль способом измерения радиус-векторов ρ(θ_i), и регистрируются отклонения формы в контрольных i-ых точках. Можно назвать их начальными отклонениями формы. Одновременно, в этих же точках контроля фиксируются значения кривизны - начальные значения кривизны K₀₁. На последующих стадиях изготовления измеряются текущие значения кривизны k_i в тех же точках и вычисляют изменения кривизны, как разность между текущими и начальными значениями k_i. По этим изменениям кривизны рассчитывают отклонения формы, которые суммируются с начальными значениями отклонений формы.

Кроме того, заявляемое изобретение обеспечивает достижение дополнительного технического результата, заключающегося в том, что, если установить датчики для измерения кривизны на оболочке стационарно во всех точках контроля, то можно получать информацию о формоизменении оболочки не только от действия технологических операций, но и при изменяющихся внешних нагрузках во время эксплуатации.

Заявляемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема измерения отклонений формы, на фиг.2 - схема кернения мест установки датчика для измерения кривизны, на фиг.3 - схема установки датчика для измерения кривизны.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

В процессе изготовления оболочки вращения на стадии, когда все точки внутренней поверхности доступны для контроля, традиционным мерительным инструментом измеряют радиус-векторы ρ(θ_i) контура поперечного сечения 1 и вычисляют начальные отклонения формы w_0i, как разность между радиус-векторами ρ(θ_i) и номинальным радиусом оболочки r (фиг.1):

w_0i=ρ(θ_i)-r,

где θ_i - центральный угол i-й контролируемой точки.

Одновременно на стенках штатных ребер жесткости оболочки 2 (шпангоутах), наружных или внутренних, а при их отсутствии на специально установленных ребрах, накернивают тройки точек 3, средние из которых совпадают с контрольными точками i.

Датчик для измерения кривизны, представляющий собой шарнирно соединенные рычаги 4 и 5 с шаровыми опорами 6, которые последовательно устанавливают в керны каждой тройки точек, при этом среднюю опору устанавливают в i-й контрольной точке, снимает начальные показания углов Δα_i, по которым определяют начальные значения кривизны K_0i по формуле

где b - расстояние между смежными накерненными точками.

Наличие шаровой опоры и установка ее в керн точки повышает стабильность измерения углов Δα, что направлено на повышение качества измерения отклонения формы оболочки вращения.

На последующих этапах изготовления оболочки вращения, после установки внутренних и внешних конструкций и оборудования (изменение нагрузки), снимают текущие показания углов Δα_i при помощи того же прибора и в тех же контрольных точках и вычисляют изменение кривизны k_i в каждой контрольной точке, как разность между начальными и текущими значениями кривизны: k_i=К_i-К_0i.

По изменениям кривизны в точках i вычисляют возникающие отклонения формы по следующей зависимости:

где θ - текущий радиальный угол;

k(θ) определяется интерполированием или аппроксимацией по дискретным значениям k_i=K_i-K_0i.

Полученные значения отклонения формы суммируют с начальными значениями отклонений формы

W_i=w_0i+w_i,

где w_i - отклонения формы, вычисленные по зависимости (1).

Источники информации

1. ГОСТ 28187-89. Отклонения формы и расположения поверхностей. Общие требования к методам измерений.

2. Экспресс-информация "Судостроение", 1965, №20. "Оптическая поверка круговых обводов прочного корпуса подводных лодок".

Или: Warner M.S., Rich N.S. Optiktl Square Method Submarine Hall Cirularity/ Bureau of Ship Journal, 1, 1965 (копия прилагается)

3. P.SE №(11) 412953, №8(21) 7901725-7,0 G 01 b 5/20, 19/26, 26.02.79.

4. А.С. СССР №225462, oпубл. 29.08.1968.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении отклонений формы преимущественно крупногабаритных оболочек вращения. Сущность: на этапе изготовления, когда все точки доступны для контроля, выполняется полный контроль способом измерения радиус-векторов ρ(θ) и регистрируются отклонения формы (начальные отклонения). Одновременно, в точках контроля фиксируются значения кривизны (начальные значения кривизны К_0i). На последующих стадиях изготовления, при изменении нагрузки, измеряют текущие значения кривизны K_i в тех же точках. Вычисляют изменения кривизны, как разность между текущими и начальными значениями k_i. По этим изменениям кривизны рассчитывают отклонения формы по следующей зависимости: , где θ - текущий радиальный угол, k(θ) определяется интерполированием или аппроксимацией по дискретным значения k_i=K_i-K_0i. Полученные значения отклонения формы суммируются с начальными значениями отклонений формы. Технический результат: повышение качества измерения отклонений формы оболочек вращения на всех стадиях изготовления, включая и этапы, следующие за установкой на оболочке внутренних и внешних конструкций и оборудования.3 ил.

Способ измерения отклонений формы оболочки вращения, заключающийся в том, что измеряют радиусы-векторы ρ(θ_i) контура первоначального сечения и вычисляют начальные отклонения формы w_0i как разность между векторами ρ(θ_i) и номинальным радиусом оболочки r, одновременно в точках контроля i измеряют первоначальные значения кривизны оболочки при помощи, например, датчика для измерения кривизны, снабженного шаровыми опорами, которые устанавливают на ребрах жесткости оболочки в кернах, заранее накерненных тройках точек, каждая средняя точка из которых совпадает с контрольной точкой, снимают начальные показания углов Δα_i, по которым определяют начальные значения кривизны К_0i, по формуле

где b - расстояние между смежными накерненными точками в каждой тройке точек,

затем после изменения внутренних и внешних нагрузок при помощи того же прибора и в тех же контрольных точках снимают текущие показания углов Δα_i, вычисляют текущие значения кривизны К_i и определяют изменение значений кривизны k_i как разность между текущими и начальными значениями кривизны k_i=К_i-К_0i, по изменениям значений кривизны вычисляют возникающие отклонения формы по следующей зависимости:

где θ - текущий радиальный угол;

k(θ) определяется интерполированием или аппроксимацией по дискретным значениям k_i=К_i-К_0i,

полученные значения отклонения формы суммируются с начальными значениями отклонений формы.