Устройство для исследования поверхности вращающегося объекта Советский патент 1985 года по МПК G01N21/89 

«

Изобретение относится к устройствам для исследования кинетики эксплуатационных повреждений на микроучастках рабочих поверхностей вращающихся объектов в процессе их контактного взаимодействия с другими объектами, например при взаимодействии пар трения или алмазного инструмента и детали во время обработки, и может быть использовано в различных областях машиностроения и в обрабатьшающих отраслях, в частности для наблюдения за износом и разрушением единичных зерен и связки инструмента из сверхтвердых материалов в процессе шлифования.

Известно устройство для визуальнго исследования поверхности вращающегося объекта, состоящее из кор-« пуса, внутри которого расположены электродвигатель с регулируемой частотой вращения и источник света. На оси электродвигателя установлен диск со щелью и качающаяся шкала с цифровым обозначением, частоты вращения диска. С вращающимся объектом аппарат механически не связан. На-, блюдения ведут одновременно за объектом через щели в диске и корпусе аппарата и за шкалой. При совпадении частоты вращения объекта и диска со шкалы считьшают ее величину С.

Однако данный прибор неприемлем для наблюдения кинетики повреждений микроучастков, так как в приводе вращения объекта и в приводе вращения диска стробоскопического тахомера существуют крутильные колебания, проскальзывания элементов передачи и вибрации, которые в случае исследования микроповерхности при оптичеком увеличении выражаются в существенных смещениях изображения, что не позволяет осуществлять наблюдения.

Наиболее близким к изобретению является устройство для исследования поверхности вращающегося объекта, содержащее держатель объекта с механизмом вращения и 1 сточник света, например, модели СТ-5, серийно выпускаемые промышленностью. Он состоит из задающего генератора и генератора световых импульсов. Частот колебаний задающего генератора, а следовательно, и частота световых импульсов регулируются системой вклчения и выключения. Точная настрой632262

ка производится изменением полярности, генератора. Наблюдение за объектом ведут визуально без микроскопа. Показание частоты вращения объекта 5 считывают со шкалы, когда объект кажется остановленным C2j.

Недостатком известного устройства является невозможность наблюдения мелких структур поверхности и

10 повреждений, происходящих на микроучастках контактирующих поверхностей быстро вращающихся объектов, так как не обеспечивается жесткая синхронизация между положением микроучастtS ка на оптической оси наблюдения (например, через микроскоп ), моментом подачи на него светового импульса и продолжительностью последнего. Целыо изобретения является исследование более мелких структур поверхности, например кинетики повреждений микроучастка рабочей поверхности объекта в процессе его контактного взаимодействия, а также повьш1е25 ние качества исследования.

Эта цель достигается тем, что устройство для исследования поверхности вращающегося объекта, содержащее держатель объекта с механизмом вращения и источник света, дополнительно снабжено жестко соединенным с держателем объекта экраном со щелью, выполненной в виде трапеции,

35 расширяющейся в радиальном направлении пропорционально расстоянию от оси вращения, первым и йторым жгутами световодов, оптически связывающим источник света и микроучасток поверхности объекта через щель в экране, а также механизмом перемещения торцов первого и второго жгутов световодов, расположенных.вблизи щели экрана, причем механизм перемещения

45 торцов жгутов световодов установлен концентрично держателю объекта, а торцы первого и второго жгутов световодов, прилегающие к экрану со щелью имеют геометрическую форму, соответствующую форме щели экрана.

Установка экрана на держателе объекта обеспечивает жесткую синхронизацию момента подачи светового импульса независимо от крутильных

,, колебаний и вибраций вращающегося объекта как такового. Щель в экране выполняется в виде трапеции, что позволяет передать наибольшую величину светового потока.

Рассмотрим это на конкретном примере.макета устройства. На экране с радиусом 00 мм выполнена трапециевидная щель длиной 70 мм, ограниченная меньшим радиусом, равным 25 мм, и большим, равным 95 мм,

Количество световодных нитей, например, диаметром 0,01 мм, для щели трапециевидной фррмы составляет 17500 шт, для узкой щели равной ширины (прямоугольной )7000 шт, а для щели квадратной или близкой к ней круглой 16 шт.

На фиг.1 схематически представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 - экран со щелью.

На схеме устройства для исследования поверхности вращающегося объекта показан объект 1, например пшифовальный круг, закрепленный на держателе 2 объекта с механизмом вращения На этом же держателе установлен и жестко закреплен экран 3 со щелью 4. Наблюдение за микроучастком 5 (алмазное зерно или группа зерен на рабочей поверхности круга) ведется, например, с помощью микроскопа 6, оптическая ось которого направлена на исследуемьй микроучасток 5.

Источник 7 света оптически связан с исследуемым микроучастком 5 через первый жгут световодов 8, щель 4 в экране и второй жгут световодов 9 имеют форму, соответствующую геометрической форме щели 4 (фиг,2 ). Торцы 10 и 11 первого и второго жгутов световодов могут перемещаться с помощью механизма 12 перемещения, что позволяет наблюдать различные точки на поверхности образца.

Рассмотрим работу устройства, например, при исследовании износа или разрушении зерен образца 1 (например, абразивного инструмента) при шлифовании. Наблюдения за состоянием алмазных зерен, размеры которых 50 - 300 мкм, ведут при помощи микроскопа 6, установленного со стороны, противоположной обрабатываемой. Для получения изображения включают источник 7 света и передают световой поток через первый жгут световодов 8, отверстие 4 в экране 3 и второй жгут световодов 9 в точку пересечения оптической оси объектива микроскопа с исследуемым микроучастком. В этом случае исследуемое зерно алмазного инструмента освещается импульсами за каждый оборот держателя объекта в момент нахождения на оптической оси объектива. Для наблюдения за другими микроучастками рабочей поверхности алмазного инструмента с помощью механизма 12 перемещения осуществляется поворот кронштейна с торцом 10 и приемным торцом I Г. первого и второго жгутов световодов.

Таким образом, независимо от наличия крутильных колебаний и вибраций вращающегося объекта, длитель.ности импульса источника света и скорости вращения объекта достигается жесткая синхронизация между положением наблюдаемого участка на оптической оси микроскопа и подачей светового импульса. Это позволяет повысить качество изображения и обеспечить возможность изучения кинетики повреждений микроучастков объекта, .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩАЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА, содержащее держатель объекта с механизмом вращения и источник света, отличающееся тем, что, с целью исследования более мелких структур поверхности, оно дополнительно снабжено жестко соединенным с держателем объекта экраном со щелью, выполненной в виде трапеции, расширяющейся в радиальном.направлении пропорционально расстоянию от оси вращения, первым ч вторым жгутами световодов, оптически связывающими источник света и микроучасток поверхности объекта через щель в экране, а также механизмом перемещения торцов первого и второго жгутов световодов, расположенных вблизи щели экрана, причем механизм перемещения торцов жгутов световодов установлен концентрично держателю объек(Л та, а торцы первого и второго жгус: тов световодов, прилегающие к экрану со щелью, имеют геометрическую форму, соответствующую форме щели экрана. Ф оо ю ю О)