Устройство для измерения волнистости Советский патент 1983 года по МПК G01B5/28 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛНИС.ТОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике, а .именно к средствам для измерения неплоскостности и нег. прямолинейности поверхностей.

Известны .устройства для измерения непрямолинейности, содержащие измерительную каретку с двумя расположейными по концам базовыми опорами, измеритель, размещенный в средней час-ти каретки, интегратор и отсчетнорегистрирующую часть 1.

Недостатком таких устройств является низкая точность измерения волнистости с шагом, равным или меньшим длины измерительной каретки, вследствие фазовых искажений разностной функции измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения волнистости 12 в заданном диапазоне длин волн от Д до.Ag , содержащее измерительную каретку с расположенными по концам базовыми опорами, расстояние между которыми составляет базовый отрезок, преобразователь, закрепленный между опорами и смещенный от середины ;базового отрезка на четвертую часть среднего гармонического из верхней и нижней границ диапазона длин волн.

при базовом отрезке, превышающем в целое нечетное число раз удвоенну|о величину упомянутого смещения, и вычислительно регистрирующую часть со средствами прямого и обратного преобразователя Фурье. Отношение длины базового отрезка к удвоенно величине смещения -является, ближайшим нечетным целым к вычисляемому из выра

10 раженияi

К 1,113 (5Г-) 0,663.

В

Это устройство обеспечивает доста(точную точность в середине диапазона,

15 однако на краях диапазона длин волн точность Qнижaeтcя, поскольку модуль передаточной функции устройства близ упомянутых границ остается много меньшим единицы.

20

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Цель достигается за счет того, что устройство снабжено одним или несколькими дополнительными-преобра25зователями, установленными на измерительной каретке с шагом, равным удвоенной величине смещения основного преобразователя от середины базового отрезка, и сумматором сигналов всех

30 преобразователей. Эффект изобретения усиливается, если нечетное число, выражающее отн шение длины базового отрезка к удво енной величине смещения основного преобразователя от середины базовог отрезка,: является ближайшим к вьгаис ляемому из выражения К 0,481 (а число п преобразователей определя ется из неравенства где АН В нижняя и верхнйя. гра. ницы диапазона длин - требуемое минимальное . значение модуля передаточной функции) К - отношение длины базово го отрезка к удвоенной величине смещения первого преобразователя .от середины базового отрезка. На фиг. 1 дано схематическое изображение устройства; на фиг.2 - график изменения модуля передаточной функции для одной из реализаций уст ройства. Устройство для измерения волнистости содержит измерительную каретиу 1 с базовыми опорами 2 и 3, разме ценными по концам измерительной каретки. Расстояние L между осями базовых опор составляет базовый отрезок. На измерительной каретке между базовыми опорами размещено несколько например три, измерительных преобразователя 4,5 и б, из которых первый смещен; от середины базового отрезка на величину а , 2( А„+ АВ) а остальные размещены последовательно с шагом 2й. Устройство содержит также преобразователь 7 пути измерительной ка ретки, соединенный с одной из базовых опор, сумматор 8 сигналов измерительных преобразователей, дискретизатор 9 с блоком промежуточной па мяти, блок 10 прямого преобразовани Фурье, блок 11 передаточной функции блок 12 обратного преобразования Фурье и регистрирующую часть 13. Устройство работает следующим образом. В блок 11 передаточной функции заносят значения передаточной функ ции, вычисленной -для данной конфигу рации уст юйства. Измерительные пре образователи 4, 5 и б предварительн настраивают на нуль по образцовой плите, после чего устройство готово к работе. Измерительную каретку 1 устанавливают в начале трассы и перемещают вдоль нее. Для перемещения каретки используют механический привод (не показан). Сигналы всех преобразователей (в рассматриваемом случае преобразователей 4, 5 и б) суммируются в блоке-сумматоре 8, образуют сигнал разностной функции и поступают в дискретизатор 9. Сюда же поступают сигналы от преобразователя пути 7, которые с заданным шагом квантования преобразуют аналоговый сигнал сумматора 8- в числовой и запоминают последовательность полученных значений В зоне буферной памяти блока 9. Шаг квантования должен быть таким, чтобы достоверно.выявлялась гармоническая составляющая измеряемой погрешности.с наименьшей длиной волны. Практически дос-таточно сдзлать шаг квантования меньшим четверти длины волны, соответствующей верхней границе диапазона измерения. Блок 10 прямого преобразователя Фурье выполняет анализ полученных данных и находит спектр сигнала разностной функции, после чего делит их на значения передаточной функции, хранящейся в блоке 11 (все преобразования ведутся в форме комплексных чисел, что позволяет определить как амплитуду, так и фазу сигнала). Полученный таким образом спектр сигнала первообразной функции передают в блок 12 обратного преобразования Фурье, который восстанавливает первообразную функцию и передает ее в регистрирукяцую часть 13 для вывода в виде таблицы или графика. Для устройства с несколькими преобразователями, размгценными вдоль измерительной каретки с постоянным шагом, равным 2а,передаточная функция имеет вид: .„,..,().хехр (мш (-Ь-+{2т-) c(J+/±+ 2Л 1 «. л ехр ((2т-1) oi|--l, где п - число преобразователей; а - смещение первого преобразователя от середины длины L базового отрезка. Точность измерения с помощью устройства для измерения волнистости будет тем выше, чем большим будет минимальное значение модуля передаточной функции. Эти минимальные значения в зависимости от числа измерительных преобразователей и диапазона измерения (отношения Д / AQ) приведены в таблице. В этой же таблице указано число Йри заданном минимальном значеНИИ модуля передаточной функции , 1Ст( I- Jimiii параметр К характе ризующий отношение длины базового от резка- к удвоенной величине смещения первого преобразователя, а также необходимое число п преобразователей может быть найдено ПЪследующим эмпи рическим формулам: лс К - 0,481 ( Ан/Ав ) -еГ n-J (К-1) .:- -2Л. К-1 .В качестве примера рассмотрим уст ройство для измерения волнистости с .диапазоном 200 (Яц 5 м| Л 9,025 м) и минимальным значение модули передаточной функции Б 0,3. Величина смещения а первого преоб :разователя от середины базового отре ра составляет .. , .025 2(.Л„ +Лв ) 2 -(,025 0,012438 м. Параметр К составляет К 0,481 200 (О,З) а число преобразователей 0,3-51 6,27 которое следует округлить до п 3. Условию п (K-l)sinu противоречат и значения параметров К 53 и К 55. Любое из этих трех значений может быть для кон- .. струирования. Следует помнить, что с увеличением К несколько расширяется диапазон длин волн контролируемых погрешностей, но уменьшается точность. Окончательный вьйор параметров можно сделать по таблице. При К 53 диапазон длин волн сосг тавляет 192, а минимальное значение модуля передаточной функции - 0,34768. Длина базового отрезка в этом случае составляет L 2-53-0,012438 1,318428 м. По той же таблице можно установить, что при трех преобразователях точность устройства возросла вдвое по сравнению с однопреобразовательным устройством (К 37 ; IQ (iui)l 0,16895} .. Кроме того, с увеличением числа преобразователей уменьшается влияние случайной ошибки, поскольку сигналы преобразователей усредняются. Формула изобретения 1. Устройство для измерения волни тости/ содержащее измерительную казовыми опорами, расстояние между ко торыми составляет базовый отрезок, преобразователь, закрепленный между опорами и смещенный от середины базо вого отрезка на четвертую часть сред него гармонического из верхней и ниж йей границ диапазона длин волн, при базовом отрезке, превышающем в целое нечетное число раз удвоенную величину упомянутого смещения, и вычислительно-регистрирующую часть со средствами прямого и обратного преобразований Фурье, о т л ич а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено одним или несколькими дополнительными преобраз вателями, установленными на каретке с шагом, равным удвоенной величине смещения основного преобразователя от середины базового отрезка, и сумм тором сигналов всех преобразователей. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нечетное, число, выражаняцее отношение длины базового отрезка к удвоенной величиПродолженте таблицы смещения основного преобразоватеот середины базового отрезка, явтся ближайшим к вычисляемому из ажения к 0,481 (АН/ЛВ ) е ° , исло п преобразователей определяя из неравенства 2 я (К - 1) sin Лн и Лв - нижняя и верхняя границы диапазона длин волн; требуемое минимальное значение модуля передаточной функции; отношение длины базового отрезка к удвоенной величине смещения первого преобразователя от середины базового отрезка. Источники информации, нятые во внимание при экспертизе 1.Медянцева Л.Л. Контроль прямоейности, и плоскостности поверх- . тей. М., Изд-во стандартов, 1972, 85-87. 2.Авторское свидетельство СССР заявке ( 2903222/25-28, G 01 В 5/28, 1980 (прототип).

i/2

и

Bv

-riaor