РЕНТГЕНОПРОФИЛОГРАФ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 2007 года по МПК G01B15/08 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для контроля формирования микрорельефа поверхностного слоя в процессе абразивной обработки.

Известны установки для голографической записи бегущих волн интенсивности, которые позволяют воспроизвести относительный частотный сдвиг интерферирующих электромагнитных волн видимого диапазона, т.е. провести регистрацию волновых полей, изменяющихся во времени. [1]

Недостатками таких установок являются ограниченная способность регистрации изображения движущегося трехмерного объекта, регистрируется лишь двухмерная поверхность, ограничивающая его, невозможность применения их в принципе, для осуществления активного контроля за процессом, изменяющимся во времени из-за необходимости записи доплеровской голограммы и последующего ее восстановления.

В качестве прототипа выбран рентгенопрофилограф, содержащий источник рентгеновского излучения, кристаллический резонатор, фокусирующие кристаллические системы - коллиматоры, кристаллические зеркала, отражательный микроскоп, регистрирующую среду - кристалл-анализатор и электронно-оптический преобразователь. [2]

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности регистрации в видимом диапазоне изображения как движущегося объекта, так и изменения его внутренней структуры.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении возможности осуществления контроля за формированием микрорельефа поверхностного слоя детали в процессе абразивной обработки и исследования механизма процессов, сопутствующих формированию микрорельефа: стирания скола, выкрашивания и вырывания абразивного зерна из связки инструмента, возникновения микроколебаний зерна в связке инструмента, изменения пористой структуры связки инструмента, микростружкообразования, пластического оттеснения и упрочнения обрабатываемого материала единичным зерном и совокупностью зерен и т.д.

Это достигается тем, что в рентгенопрофилографе активного контроля, содержащем источник рентгеновского излучения, кристаллический резонатор для получения монохроматического рентгеновского излучения, фокусирующие кристаллические системы - коллиматоры, принцип действия одного из которых основан на восьмилучевой дифракции, кристаллические зеркала, для разделения и изменения направления распространения рентгеновского излучения, регистрирующую среду - кристалл-анализатор для получения интерференции волн, увеличение трехмерной интерференционной картины осуществляется отражательным микроскопом при регистрации голографического изображения исследуемого объекта, а для измерений используется трехмерная матрица, составленная из электронно-оптических преобразователей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема регистрации трехмерного голографического изображения, изменяющегося во времени с предварительным увеличением в диапазоне рентгеновского излучения λ˜10-10³ Å (мягкий рентген).

Рентгенопрофилограф активного контроля имеет схему регистрации трехмерного голографического изображения, изменяющегося во времени. Схема регистрации (чертеж) содержит рентгеновскую трубку 1, резонатор 2, кристаллические зеркала 3, 4, коллиматоры 5, 6, 7, 8, движущийся объект измерений 9, отражательный рентгеновский микроскоп 10, регистрирующую среду - кристалл-анализатор 11 и индикатор электромагнитного поля - трехмерная матрица, составленная из электронно-оптических преобразователей - координатно-чувствительных микроканальных пластин 13.

Рентгенопрофилограф активного контроля работает следующим образом. В устройстве реализуется дифракция рентгеновских лучей на кристалле методами «на отражение» и «на просвечивание».

Предварительное увеличение применяется для того, чтобы получить высокое разрешение в небольшом поле зрения.

Пучок рентгеновского излучения трубки 1 пропускается через кристаллический резонатор 2 для получения монохроматического рентгеновского излучения, направляется на кристаллическое зеркало 3, с помощью которого получают два пучка - объектный и опорный. Опорный пучок направляется системой элементов дифракционной оптики: кристаллическое зеркало 4, коллиматор 8, непосредственно на регистрирующую среду - кристалл-анализатор 11.

Объектный пучок, пройдя через коллиматор 6, попадает на движущийся объект 9, проходит через коллиматор 7, отражательный рентгеновский микроскоп 10, попадает на кристалл-анализатор 11. В результате интерференции волн опорного и объектного пучков за кристаллом 11 можно получить бегущие волны интенсивности, т.е. увеличенное голографическое, изменяющееся во времени, изображение 12 движущегося объекта 9.

Кристаллический резонатор 2 - рентгеновский прибор с замкнутой траекторией луча, полученной на основе отражения от плоскостей кристалла и явления полного внешнего отражения.

В качестве коллиматоров 5, 7, 8 применяются многослойные структуры (МИС), состоящие из чередующихся слоев двух различных веществ, при толщине слоя, начиная с моноатомного, нанесенные на слегка искривленные подложки. МИС позволяют сфокусировать и концентрировать излучение в существенно большем угле, чем однородные структуры.

Принцип действия коллиматора 6 основан на восьмилучевой дифракции. Многоволновой эффект Бормана, реализуемый в совершенном кристалле, позволяет сформировать параллельный пучок рентгеновского излучения, т.е. пучок с расходимостью ˜10^-6 радиан.

Движущийся объект 9 - абразивный инструмент формообразующий микрорельеф поверхностного слоя детали, должен быть ориентирован перпендикулярно параллельному пучку рентгеновского излучения, падающего на него, т.е. ось вращения абразивного инструмента должна быть параллельна оси симметрии параллельного пучка, что дает возможность исключить эффект Доплера.

Трехмерная матрица 13 представляет собой каркас, состоящий из ячеек кубической формы. Длина ребра куба-ячейки равна шагу по осям x, y, z: Δx=Δy=Δz, через который определяются точки микрогеометрии пористой структуры абразивного инструмента и формообразуемого поверхностного слоя детали. В узлах каркаса - вершинах кубов-ячеек смонтированы электроннооптические преобразователи - координатно-чувствительные микроканальные пластины.

Контурные карты микрогеометрии исследуемого объекта: движущегося абразивного инструмента и формируемого поверхностного слоя детали визуализируются при помощи трехмерной матрицы, на которую проецируется его голографическое изображение.

Информация о снятых контурных картах после последующей обработки на персональном компьютере дает возможность построить модульную геометрическую модель исследуемого объекта, изменяющуюся во времени.

В состав устройства рентгенопрофилографа активного контроля входит кинематический блок (не показан), позволяющий смещать трехмерную матрицу в позицию, где расположено доплеровское голографическое изображение исследуемого участка.

Точность восстановления профиля микрорельефа определяется координатным разрешением для координатно-чувствительных микроканальных пластин σ=0,01 мм и увеличением отражательного рентгеновского микроскопа. Так, чтобы обеспечить восстановление профиля микрорельефа R_a=0,001 мкм, достаточно выбрать отражательный микроскоп с двумя скрещенными зеркалами с увеличением N=10⁴ для λ˜10-10³ Å, т.к. σ=NR_a.

Применение предлагаемого рентгенопрофилографа активного контроля позволяет исследовать процесс формирования микрорельефа поверхностного слоя детали в зависимости от технологических факторов по ходу процесса абразивной обработки.

Источники информации

1. Денисюк Ю.Н. Отображающие свойства бегущих волн интенсивности и их возможные применения. - ЖТФ, 1979, т.49, с.97.

2. Патент №2258203. Рентгенопрофилограф. G01В 15/08.

Использование: для контроля формирования микрорельефа поверхностного слоя в процессе абразивной обработки. Сущность заключается в том, что рентгенопрофилограф активного контроля содержит источник рентгеновского излучения, пучок от которого пропускается через кристаллический резонатор для получения монохроматического рентгеновского излучения, после чего направляется на кристаллическое зеркало, с помощью которого получают два пучка - объектный и опорный, опорный пучок направляется системой элементов дифракционной оптики: кристаллическое зеркало, коллиматор, непосредственно на регистрирующую среду - кристалл-анализатор, а объектный пучок, пройдя через коллиматор, попадает на движущийся объект, проходит через коллиматор, отражательный рентгеновский микроскоп, осуществляющий увеличение трехмерной интерференционной картины при регистрации голографического изображения исследуемого объекта, попадает на кристалл-анализатор, в результате интерференции волн опорного и объектного пучков за кристаллом-анализатором можно получить голографическое, изменяющееся во времени, изображение движущегося объекта, при этом коллиматор, через который проходит объектный пучок и далее попадает на движущийся объект, основан на восьмилучевой дифракции, а микрогеометрия исследуемого объекта визуализируется при помощи трехмерной матрицы. Технический результат: обеспечение возможности осуществления контроля за формированием микрорельефа поверхностного слоя детали в процессе абразивной обработки и исследования механизма процессов, сопутствующих формированию микрорельефа. 1 ил.

Рентгенопрофилограф активного контроля, содержащий источник рентгеновского излучения, пучок от которого пропускается через кристаллический резонатор для получения монохроматического рентгеновского излучения, после чего направляется на кристаллическое зеркало, с помощью которого получают два пучка - объектный и опорный, опорный пучок направляется системой элементов дифракционной оптики: кристаллическое зеркало, коллиматор, непосредственно на регистрирующую среду - кристалл-анализатор, а объектный пучок, пройдя через коллиматор, попадает на движущийся объект, проходит через коллиматор, отражательный рентгеновский микроскоп, осуществляющий увеличение трехмерной интерференционной картины при регистрации голографического изображения исследуемого объекта, попадает на кристалл-анализатор, в результате интерференции волн опорного и объектного пучков за кристаллом-анализатором можно получить голографическое, изменяющееся во времени, изображение движущегося объекта, отличающийся тем, что коллиматор, через который проходит объектный пучок и далее попадает на движущийся объект, основан на восьмилучевой дифракции, а микрогеометрия исследуемого объекта визуализируется при помощи трехмерной матрицы.