СПОСОБ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ СЕТЧАТОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2007 года по МПК G01B21/32 G01N33/36 

Изобретение относится к способам оценки и контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) движущихся легкодеформируемых материалов сетчатой структуры (например, текстильных материалов полотняного переплетения, некоторых видов трикотажного полотна) при их контактном взаимодействии с рабочими органами технологического оборудования.

Известен способ контроля величины относительного удлинения плоских волокносодержащих материалов при механических деформациях [пат. РФ № 2082083, опубл. 20.06.97], в котором исследуемый материал освещают параллельным световым пучком перпендикулярно его поверхности и регистрируют световые потоки, рассеянные материалом в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, при этом один из световых потоков регистрируют в плоскости, совпадающей с направлением приложения механического напряжения и осью фотоприемника, а о величине относительного удлинения судят по величине коэффициента оптической изотропии. Недостатком известного способа является косвенный метод измерения деформации, что требует при его технической реализации введения в измерительную систему дополнительных технических средств, проведения специальных тарировочных операций для каждого вида материала, что ведет к снижению надежности функционирования системы, эффективности ее использования и повышению погрешности измерения.

Известен способ измерения напряженно-деформированного состояния движущихся материалов [патент РФ № 2232390, опубл. 10.07.04 - прототип], в котором определяют линейный размер раппорта переплетения материала в недеформированном состоянии, по его величине обеспечивают синхронизацию частоты строботахометра с линейной скоростью движения материала, по наблюдаемому изменению частоты стробоскопического эффекта при силовом воздействии на материал и по предварительной установленной зависимости этой частоты от натяжения рассчитывают натяжение материала и определяют относительную деформацию.

Недостатком известного способа является сложность его реализации в производственных условиях вследствие того, что способ основан на косвенном методе определения деформации, требующем для его осуществления введения в измерительную систему дополнительных структурных элементов, что приводит к ухудшению эффективности и надежности работы этой системы и обусловливает снижение точности определения относительной деформации и оценки напряженно-деформированного состояния.

Задачей изобретения является упрощение технической реализации способа и повышение точности оценки напряженно-деформированного состояния движущихся легкодеформируемых материалов сетчатой структуры.

Поставленная задача решается способом оценки напряженно-деформированного состояния движущихся легкодеформируемых материалов сетчатой структуры, включающим определение линейного размера раппорта переплетения и расчет на его основе относительной деформации, в котором, в отличие от известного способа, определяют исходное среднее значение линейного размера раппорта переплетения недеформированного материала затем путем сканирования поверхности движущегося материала с помощью пьезопреобразователя при постоянном силовом воздействии чувствительного элемента пьезопреобразователя на поверхность материала определяют среднее значение текущего линейного размера раппорта переплетения по числу генерируемых пьезопреобразователем импульсов (n₁), приходящихся на предварительно установленную эталонную длину (l_э), и сравнивают текущее среднее значение линейного размера раппорта переплетения с его исходным значением, при этом относительную деформацию (ε) рассчитывают по алгоритму

В оптимальном варианте осуществления способа сканирование поверхности движущегося материала осуществляют при силовом воздействии чувствительного элемента пьезометрического преобразователя на поверхность движущегося материала в интервале 0,1-0,25 Н.

Способ осуществляют с помощью представленной на фиг.1 схемы определения деформации, включающей пьезометрический преобразователь. На фиг.2 показан условный разрез материала в недеформированном состоянии; на фиг.3 - условный разрез материала в деформированном состоянии.

Осуществление способа включает следующие этапы:

- предварительно одним из известных методов (например, в соответствии с ГОСТ № 3812-72 "Материалы текстильные. Ткани и штучные изделия. Методы определения плотности нитей и пучков ворса") определяют исходное среднее значение линейного размера раппорта переплетения по количеству поперечных элементов структуры материала (уточных нитей) на гостируемой (эталонной) длине l_э (фиг.2) в ненагруженном состоянии и вместе со значением l_э вводят в память процессора в качестве исходных данных;

- при движении материала с определенной скоростью с помощью пьезометрического преобразователя сканируют рельеф его поверхности, при этом преобразователь генерирует электронные импульсы, число n₁ которых определяется количеством деформированных раппортов переплетения (фиг.3) на участке длины, равном эталонному значению l_э, и полученные данные (по заданному условию считывания начала и конца эталонной длины) поступают в процессор;

- процессор осуществляет сравнение введенных в него исходных и полученных в процессе сканирования данных, а именно средних значений исходного и текущего линейного параметра раппорта переплетения, и расчет на их основе величины деформации материала (ε) на участке его движения, равного эталонной длине l_э, по следующей формуле:

где представляет собой текущее среднее значение линейного размера раппорта переплетения движущегося материала.

Технически способ реализуется следующим образом.

При движении материала по измерительному тракту и сопутствующем этому движению силовом взаимодействии материала с рабочими органами технологического оборудования (например, с транспортирующими и направляющими валками контрольно-мерильного станка) происходит деформация материала, в результате которой изменяются линейные параметры раппорта переплетения и, соответственно, число параметров, приходящихся на выбранный участок длины.

Перед началом движения материала щуп (чувствительный элемент) 1 пьезоизмерителя, связанный с его пьезометрическим элементом 2, приводят в силовой контакт с поверхностью движущегося материала при заданном давлении Р на указанную поверхность и под его постоянным воздействием осуществляют непрерывное сканирование рельефа поверхности материала.

Каждому раппорту переплетения (например, сканированной уточной нити) соответствует электронный импульс, генерируемый пьезометрическим преобразователем. Таким образом, формируемое пьезометрическим преобразователем количество сигналов соответствует количеству считанных структурных элементов движущегося материала.

Форма и частота генерируемых пьезоизмерителем импульсов связаны со скоростью движения сканируемой поверхности материала. Для исследуемых материалов устойчивый эффект считывания количества рапортов переплетения, приходящихся на эталонную длину, наблюдается при сканировании поверхности материала, движущегося со скоростью V не менее 0.1 м/с.

Экспериментально также было установлено, что оптимальная чувствительность используемой в предлагаемом способе измерительной системы обеспечивается при значениях давления Р (силового воздействия), оказываемого чувствительным элементом пьезоизмерителя на поверхность движущегося материала, в интервале от 0.1 до 0.25 Н.

Генерируемые пьезоэлементом 2 сигналы пьезоизмерителя усиливаются в блоке усиления 3 и поступают в вычислительную систему, включающую блок сопряжения (микроконтроллер) 4 и процессор 5. При этом сигналы от пьезоэлемента 2, усиленные в блоке 3, могут пройти через блок сопряжения 4 в процессор 5 только в том случае, если будет получен разрешающий сигнал от блока разрешения 8.

Для осуществления этого на материал наносят специальную метку 6. При считывании метки 6 датчиком 7 начала эталонной длины l_э и поступлении импульсного сигнала с его выхода на вход блока разрешения 8 последний формирует потенциальный сигнал разрешения.

В момент взаимодействия движущейся метки 6 с датчиком 9 конца эталонной длины l_э формируется сигнал перевода блока 8 в исходное состояние и прохождение сигналов от усилителя 3 через блок сопряжения 4 будет вновь заблокировано.

Таким образом, в процессор поступает количество импульсов, равное количеству (n_l) деформированных раппортов материала 10 на участке между датчиками 7 и 9, длина которого соответствует эталонной мере l_э. При этом количество импульсов не зависит от возможного проскальзывания материала относительно рабочих органов технологического оборудования, неравномерности движения или остановки в случае технологической необходимости, а только от степени его деформации.

Процессор, в соответствии с введенным в его память вычислительным алгоритмом, осуществляет обработку полученной информации путем сравнения текущих средних значений линейного размера раппорта переплетения с исходным и проводит расчет относительной деформации.

Таким образом, технический результат предлагаемого способа заключается в повышении точности оценки напряженно-деформированного состояния движущихся легкодеформируемых материалов сетчатой структуры при одновременном упрощении технической реализации способа.

Полученные значения деформации материала могут быть использованы для расчета его натяжения по функциональной зависимости ε=f(T) и формирования команд управления исполнительными механизмами технологического оборудования (на фиг.1 не показаны) для устранения недопустимого отклонения процесса обработки материалов от заданных режимов.

Изобретение относится к контролю состояния, например, текстильных материалов при их взаимодействии с рабочими органами технологического оборудования. Технический результат: повышение точности оценки напряженно-деформированного состояния движущихся легкодеформируемых материалов сетчатой структуры с одновременным упрощением технической реализации. Сущность: сканируют поверхность движущегося материала посредством чувствительного элемента пьезопреобразователя. По числу генерируемых пьезопреобразователем импульсов, определяемых количеством элементов структуры (например, количеством раппортов переплетения) на эталонной длине участка движущегося объекта, рассчитывают среднее значение текущего линейного размера структурного элемента. Периодически сравнивают полученные результаты с соответствующими исходными данными структуры недеформированного участка материала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ оценки напряженно-деформированного состояния движущихся легкодеформируемых материалов сетчатой структуры, включающий определение линейного размера раппорта переплетения и расчет на его основе относительной деформации, отличающийся тем, что определяют исходное среднее значение линейного размера раппорта переплетения недеформированного материала затем путем сканирования поверхности движущегося материала с помощью пьезопреобразователя при постоянном силовом воздействии чувствительного элемента пьезопреобразователя на поверхность материала определяют среднее значение текущего линейного размера раппорта переплетения по числу генерируемых пьезопреобразователем импульсов (n₁), приходящихся на предварительно установленную эталонную длину (l_э), и сравнивают текущее среднее значение линейного размера раппорта переплетения с исходным значением, при этом относительную деформацию (ε) рассчитывают по алгоритму