УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНО-ИМПЕДАНСНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК G01N3/42 

Устройство относится к области испытаний физико-механических свойств материалов и может быть использовано в машиностроении для контроля качества металлов и изделий, в том числе твердости.

Известно устройство для контроля физико-механических свойств, в том числе и твердости, содержащее электроакустический стержневой резонатор с индентором на одном конце и узловым фланцем, помещенными в цилиндрический корпус, систему возбуждения резонатора, соединенного с системой возбуждения усилитель - генератор, датчик колебаний резонатора, включенный в цепь обратной связи генератора, измерительный блок с индикатором, проградуированный в единицах измеряемого физико-механического свойства, например твердости, и узел нагружения (См. патент США №3308476, кл.173-67, 1967 г.) - аналог.

Все устойства для измерения твердости с внедрением индентора при статической нагрузке, особенно при малой, согласно стандартам должны обладать возможностью плавного и стабилизированного подвода и отвода индентора к контролируемой поверхности.

Недостатком известного устройства является отсутствие такой возможности, т.е. отсутствие демпфера для плавного и стабилизированного подвода и отвода электроакустического стержневого резонатора с индентором к контролируемой поверхности, который подводится к детали вручную или прижимается к ней руками для создания определенного усилия, см. практически все выпускаемые на основе этого патента США и этого метода переносные твердомеры, например, КИТ - М - 01 (ООО “Диаконт”), МЕТ (ВНИФТРИ, п.Менделеево, Моск.обл.), МIС 10 (Krautkramer GmbH. ФРГ-США). Это снижает стабильность и надежность контроля, так как влияет субъективный человеческий фактор при приложении нагрузки.

Известно резонансное измерительное устройство, содержащее электроакустический стержневой резонатор с индентором на одном конце и узловым фланцем, помещенные в цилиндрический корпус, узел нагружения, систему возбуждения резонатора, соединенную с системой возбуждения усилитель-генератор, датчик колебаний резонатора, включенный в цепь обратной связи генератора, измерительный блок с индикатором, проградуированным в единицах измеряемого физико-механического свойства, например твердости, станину со столом для детали, стойку, удерживающую корпус резонатора, поворотный рычаг, привод, средство, регулирующее возвратно-поступательное движение резонатора, демпфер для регулировки скорости движения резонатора (См.патент США №3365937, кл. 73-81, 1968 г.) - прототип.

Известное устройство работает следующим образом. Деталь укладывается на рабочий стол. Включается привод рычага, который поворачивает рычаг относительно своей оси с заданной скоростью, регулируемой демпфером путем перетекания жидкости из одного цилиндра в другой. Рычаг проходит в отверстие штока, опускающего стержневой резонатор с индентором на контролируемую деталь.

Рычаг продолжает поворачиваться в отверстии штока так, что перестает соприкасаться с последним, и индентор внедряется в контролируемую поверхность детали с усилием, равным массе резонатора. В это время измерительный блок с индикатором производит измерение частоты усилителя-генератора, возбуждающего резонатор через систему возбуждения на определенной резонансной частоте, и преобразует ее в измеряемое физико-механическое свойство, например твердость. Рычаг при этом продолжает поворачиваться в отверстии штока до нижнего конечного выключателя средства, регулирующего возвратно-поступательное движение. Нижний конечный выключатель переключает привод рычага на его подъем и возвращает рычаг в исходное положение до верхнего конечного выключателя средства, регулирующего возвратно-поступательное движение, подымая при этом и резонатор с индентором.

При необходимости произвести несколько последовательных измерений на одной детали привод стола, на котором лежит деталь, перемещает его на определенное расстояние (один шаг) и цикл измерения повторяется.

Недостатком известного устойства - прототипа являются ограниченные возможности и низкая надежность при контроле крупногабаритных узлов и деталей сложной конфигурации в любом пространственном положении.

Задачей данного изобретения является устранение указанного недостатка, т.е повышение возможностей и надежности при контроле крупногабаритных узлов и деталей сложной конфигурации в любом пространственном положении.

Указанная задача решается благодаря тому, что в устройстве для контактно-импедансного контроля качества изделий, содержащем электроакустический стержневой резонатор с индентором на одном конце и узловым фланцем, помещенные в цилиндрический корпус, узел нагружения, соединененный с системой возбуждения усилитель-генератор, датчик колебаний резонатора, включенный в цепь обратной связи генератора, измерительный блок с индикатором, проградуированным в единицах измеряемого физико-механического свойства, привод и демпфер для регулировки скорости движения резонатора, узловой фланец резонатора соединен с нижней поверхностью рамки прямоугольной формы, две боковые параллельные поверхности которой соединены с узлом нагружения в виде двух калиброванных пружин, связанных с корпусом, а две другие боковые поверхности соединены с подпружиненными ползушками с обрезиненными подшипниками или резиновыми колесиками, упирающимися в корпус резонатора с возможностью их свободного возвратно-поступательного перемещения по нормали относительно рамки и по образующей относительно корпуса, верхняя перекладина рамки соединена с приводом, выполненным в виде одноосной системы, включающей два крючка, разъединяющихся при касании контролируемой поверхности детали, один из крючков соединен с рамкой, а второй - с жесткой монтажной платой системы возбуждения, предназначенной также для передачи движения, а противоположная сторона платы жестко соединена со штоком демпфера вязкого трения, а другой конец штока соединен с головкой грибовидной формы, подпружиненной пружиной противодействия, при этом головка имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного движения относительно корпуса и фиксирована относительно него двумя фиксаторами, расположенными в прорезях корпуса.

Вариант решения указанной задачи заключается в том, что в устройстве для контактно-импедансного контроля качества изделий, содержащем электроакустический стержневой резонатор с индентором на одном конце и узловым фланцем, помещенными в цилиндрический корпус, узел нагружения, соединенный с системой возбудения, усилитель-генератор, датчик колебаний резонатора, включенный в цепь обратной связи генератора, измерительный блок с индикатором, проградуированным в единицах измеряемого физико-механического свойства, привод и демпфер для регулировки скорости движения резонатора, узловой фланец генератора соединен с нижней поверхностью рамки прямоугольной формы, две боковые поверхности которой соединены с узлом нагружения в виде двух калиброванных пружин, связанных с корпусом, а две другие боковые поверхности соединены с подпружиненными ползушками с возможностью их возвратно-поступательного перемещения по нормали относительно рамки и по образующей относительно корпуса, верхняя перекладина рамки соединена с приводом, выполненным в виде одноосной системы, включающей один крючок, соединенный с жесткой монтажной платой системы возбуждения, предназначенной также для передачи движения, и зацепленный с верхней перекладиной рамки, а противоположная сторона платы жестко соединена со штоком демпфера вязкого трения, а другой конец штока соединен с головкой грибовидной формы, подпружиненной пружиной противодействия, при этом головка имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного движения относительно корпуса и фиксирована относительно него двумя фиксаторами, расположенными в прорезях корпуса.

То, что узловой фланец резонатора соединен с нижней поверхностью рамки прямоугольной формы, две боковые параллельные поверхности которой соединены с узлом нагружения в виде двух калиброванных пружин, связанных с корпусом, а две другие боковые поверхности соединены с подпружиненными ползушками с обрезиненными подшипниками или резиновыми колесиками, упирающимися в корпус резонатора с возможностью их свободного возвратно-поступательного перемещения по нормали относительно рамки и по образующей относительно корпуса, позволило на переносном малогабаритном варианте получить плавное перемещение резонатора относительно корпуса, снизить потери от трения, задиров и закусывания, что повышает возможности устройства и надежность его работы вручную при контроле крупногабаритных узлов и деталей сложной конфигурации.

То, что верхняя перекладина рамки соединена с приводом, выполненным в виде одноосной системы, включающей два крючка, разъединяющихся при касании индентора контролируемой детали, один из крючков соединен с рамкой, а второй - с жесткой монтажной платой системы возбуждения, предназначенной также для передачи движения, а противоположная сторона платы жестко соединена со штоком демпфера вязкого трения, а другой конец штока соединен с головкой грибовидной формы, подпружиненной пружиной противодействия, при этом головка имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного движения относительно корпуса и фиксирована относительно него двумя фиксаторами, расположенными в прорезях корпуса, позволило в данном переносном варианте значительно упростить конструкцию, уменьшить ее габариты, сохранив плавность движения и стабилизированный по скорости подвод и отвод электроакустического резонатора к контролируемой поверхности, практически механизировав их в ручном переносном варианте, что повышает возможности устройства и надежность его работы вручную при контроле крупногабаритных узлов и деталей сложной конфигурации.

Следовательно, заявляемое устройство повышает возможности устройства и надежность его работы вручную при контроле крупногабаритных узлов и деталей сложной конфигурации.

Таким образом, заявляемое устройство для контактно-импедансного контроля качества изделий характеризуется в сравнении с прототипом совокупностью новых признаков, позволяющих достичь цели изобретения - повышение возможностей и надежности при контроле крупногабаритных узлов и деталей сложной конфигурации в любом пространственном положении, что доказывает наличие критериев “ новизна” и “положительный эффект” у признаков заявляемого изобретения.

Автору не известно устройство для контактно-импедансного контроля качества изделий, у которого узловой фланец резонатора соединен с нижней поверхностью рамки прямоугольной формы, две боковые параллельные поверхности которой соединены с узлом нагружения в виде двух калиброванных пружин, связанных с корпусом, а две другие боковые поверхности соединены с подпружиненными ползушками с обрезиненными подшипниками или резиновыми колесиками, упирающимися в корпус резонатора с возможностью их свободного возвратно-поступательного перемещения по нормали относительно корпуса, верхняя перекладина рамки соединена с приводом, выполненным в виде одноосной системы, включающей два крючка, разъединяющихся при касании контролируемой детали, один из крючков соединен с рамкой, а другой - с жесткой монтажной платой системы возбуждения, предназначенной также для передачи движения, а противоположная сторона платы жестко соединена со штоком демпфера вязкого трения, а другой конец штока соединен с головкой грибовидной формы, подпружиненной пружиной противодействия, при этом головка имеет возможность ограниченного вовратно-поступательного движения относительно корпуса и фиксирована относительного него двумя фиксаторами, расположенными в прорезях корпуса.

Хотя в отдельности все эти элементы заявляемого устройства известны в технике в различных областях, предлагаемая совокупность этих элементов дает возможность получить новый эффект, а именно - достичь цели изобретения. Это доказывает соответствие признаков заявляемого изобретения критерию “существенные отличия”.

На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства, а на фиг.2 - ее вариант.

Устройство включает электроакустический стержневой резонатор 1 с индентором 2 на конце и узловым фланцем 3, помещенные в цилиндрический корпус 4. Узловой фланец резонатора 1 соединен с нижней поверхностью рамки 5 прямоугольной формы. Две боковые параллельные поверхности (условно показана одна) рамки 5 соединены с двумя (условно показана одна) калиброванными пружинами 6, связанными с корпусом 4. Две другие боковые поверхности (условно показана одна, как бы повернутая на 90°) рамки 5 соединены с четырьмя (условно показано две) подпружиненными ползушками 7 с обрезиненными подшипниками или резиновыми колесиками, упирающимися в корпус 4. Ползушки 7 имеют возможность свободного возвратно-поступательного перемещения по нормали относительно рамки 5 (возможность перемещения скольжения) и по образующей относительно корпуса 4 (возможность перемещения качения). Пружинами ползушки подпружиниваются к образующей линии корпуса 4.

Верхняя поверхность рамки 5 соединена с одним из крючков 8 узла привода, выполненного в виде одноосной системы. Второй крючок 8 соединен с монтажной платой 9 системы возбуждения 10. При этом плата выполняет две функции - монтажной платы и тяги (за счет своей жесткости). Противоположная сторона платы 9 жестко соединена со штоком 11 демпфера 12 вязкого трения. Другой конец штока 11 соединен с головкой 13 грибовидной формы, подпружиненной относительно корпуса 4 пружиной противодействия 14. Головка 13 имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса 4 и фиксирована относительно него двумя фиксаторами 15, расположенными в прорезях корпуса 4.

Система возбуждения 10 с пьезоэлектрическим возбудителем 16 соединена электрически с усилителем-генератором 17, в цепь обратной связи которого включен датчик колебаний 18 резонатора 1. Выход усилителя-генератора 17 связан с измерительным блоком 19 с индикатором 20, проградуированным в единицах измеряемого физико-механического свойства, например твердости. 21 - контролируемый материал (образец).

Устройство работает следующим образом.

В первоначальном положении пружина противодействия 14 удерживает резонатор 1 с индентором 2 на конце в отведенном от контролируемого образца 21 состоянии. При нажатии на головку 13 она перемещается относительно корпуса 4. При этом фиксаторы 15 фиксируют головку 13 от поворота и вместе с ней перемещаются в пазах корпуса 4 до упора на длину, определяющую ход штока 11 демпфера 12 вязкого трения, монтажной платы 9, крючков 8, рамки 5 и резонатора 1 с индентором 2. При этом четыре подпружиненные ползушки 7 с прорезиненными подшипниками или резиновыми колесиками плавно катятся по двум образующим корпуса 4. Скорость этого движения определяется демпфером 12 вязкого трения. При соприкосновении индентора 2 с поверхностью образца 21 индентор 2, резонатор 1, рамка 5 и один из крючков 8, соединенный с рамкой 5, останавливаются, но продолжают движение вместе с головкой 12 шток 11 демпфера 12 вязкого трения, плата 9 системы возбуждения и соединенный с нею один из крючков 8. При этом оба крючка 8 разъединяются и на рамку 5, узловой фланец 3, резонатор 1 и индентор 2 на его конце начинает действовать усилие двух калиброванных пружин 6. Происходит внедрение индентора 2 в контролируемую поверхность образца 21. При этом изменяется резонансная частота колебаний резонатора 1, которую улавливает датчик 18 колебаний и перестраивает частоту усилителя-генератора 17. Измерительный блок 19 преобразует сигнал с усилителя-генератора 17 в значение измеряемого физико-механического свойства, например твердости, которое показывает индикатор 20.

При отпускании головки 13 все элементы устройства возвращаются пружиной противодействия 14 в первоначальное состояние. Устройство готово для следующего измерения.

Изобретение относится к области испытаний физико-механических свойств материалов, в частности его твердости. Устройство для контактно-импедансного контроля качества изделий в одном из своих вариантов содержит электроакустический стержневой резонатор с индентором и узловым фланцем, узел нагружения, соединенный с системой возбуждения, усилитель-генератор, датчик колебаний резонатора, измерительный блок с индикатором, привод и демпфер для регулировки скорости движения резонатора, узловой фланец резонатора соединен с нижней поверхностью рамки прямоугольной формы, две боковые поверхности которой соединены с узлом нагружения в виде двух калиброванных пружин, связанных с корпусом, а две другие боковые поверхности соединены с подпружиненными ползушками с обрезиненными подшипниками или резиновыми колесиками, имеющими возможность их свободного возвратно-поступательного перемещения по нормали относительно рамки и по образующей относительно корпуса, верхняя перекладина рамки соединена с приводом, выполненным в виде одноосной системы, включающей два крючка, разъединяющихся при касании индентора контролируемой детали, один из крючков соединен с рамкой, а второй - с жесткой монтажной платой системы возбуждения, предназначенной также для передачи движения, а противоположная сторона платы жестко соединена со штоком демпфера вязкого трения, а другой конец штока соединен с головкой грибовидной формы, подпружиненной пружиной противодействия, при этом головка имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного движения относительно корпуса и фиксирована относительно него двумя фиксаторами, расположенными в прорезях корпуса. Данное изобретение позволяет повысить надежность при контроле крупногабаритных узлов. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для контактно-импедансного контроля качества изделий, содержащее электроакустический стержневой резонатор с индентором на одном конце и узловым фланцем, помещенными в цилиндрический корпус, узел нагружения, соединенный с системой возбуждения усилитель-генератор, датчик колебаний резонатора, включенный в цепь обратной связи генератора, измерительный блок с индикатором, проградуированным в единицах измеряемого физико-механического свойства, привод и демпфер для регулировки скорости движения резонатора, отличающееся тем, что узловой фланец резонатора соединен с нижней поверхностью рамки прямоугольной формы, две боковые поверхности которой соединены с узлом нагружения в виде двух калиброванных пружин, связанных с корпусом, а две другие боковые поверхности соединены с подпружиненными ползушками с обрезиненными подшипниками или резиновыми колесиками, упирающимися в корпус резонатора с возможностью их свободного возвратно-поступательного перемещения по нормали относительно рамки и по образующей относительно корпуса, верхняя перекладина рамки соединена с приводом, выполненным в виде одноосной системы, включающей два крючка, разъединяющихся при касании индентора контролируемой детали, один из крючков соединен с рамкой, а второй - с жесткой монтажной платой системы возбуждения, предназначенной также для передачи движения, а противоположная сторона платы жестко соединена со штоком демпфера вязкого трения, а другой конец штока соединен с головкой грибовидной формы, подпружиненной пружиной противодействия, при этом головка имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного движения относительно корпуса и фиксирована относительно него двумя фиксаторами, расположенными в прорезях корпуса.2. Устройство для контактно-импедансного контроля качества изделий, содержащее электроакустический стержневой резонатор с индентором на одном конце и узловым фланцем, помещенными в цилиндрический корпус, узел нагружения, соединенный с системой возбуждения усилитель-генератор, датчик колебаний резонатора, включенный в цепь обратной связи генератора, измерительный блок с индикатором, проградуированным в единицах измеряемого физико-механического свойства, привод и демпфер для регулировки скорости движения резонатора, узловой фланец резонатора соединен с нижней поверхностью рамки прямоугольной формы, две боковые поверхности которой соединены с узлом нагружения в виде двух калиброванных пружин, связанных с корпусом, а две другие боковые поверхности соединены с подпружиненными ползушками с возможностью их возвратно-поступательного перемещения по нормали относительно рамки и по образующей относительно корпуса, верхняя перекладина рамки соединена с приводом, выполненным в виде одноосной системы, включающей один крючок, соединенный с жесткой монтажной платой системы возбуждения, предназначенной также для передачи движения, и зацепленный с верхней перекладиной рамки, а противоположная сторона платы жестко соединена со штоком демпфера вязкого трения, а другой конец штока соединен с головкой грибовидной формы, подпружиненной пружиной противодействия, при этом головка имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного движения относительно корпуса и фиксирована относительно него двумя фиксаторами, расположенными в прорезях корпуса.