Устройство для исследования поверхности вращающегося объекта Советский патент 1988 года по МПК G01N21/89 

со со

гч

Изобретение относится к устройствам для исследования кинетики образования повреждений на микроучастках рабочих поверхностей вращающихся объ- актов в процессе их контактного взаимодействия с другими объектами, например, при фрикционном взаимодействии пар трения при обработке материалов резанием, и может быть испольэо- вано в различных областях машиностроения и в других обрабатьшающих отраслях, в частности, для исследования кинетики и видов изнашивания материалов тормозных дисков или барабанов.

Цель изобретения - повьшение точности измерений и быстродействия.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - взаимное расположение торцов отрезков световодов исследуемого микроучастка поверхности объекта при измерении износа.

Исследуемый объект, например фрикционный диск 1, закреплен в держателе 2, жестко связанном с механизмом вра- щения и экраном 3 со щелью 4 в виде трапеции. Для наблюдения за микроучастком 5 поверхности объекта 1 служит микроскоп 6. Источник 7 света оптически связан с исследуемым освещен- ным микроучастком 5 через щель 4 в экране 3 первым жгутом 8 световодов и вторым жгутом 9 световодов. Торцы 10 и II первого и второго жгутов установлены в механизме 12, например червячном, предназначенном для поворота торцов вокруг оси механизма вращения.

Освещенный исследуемый микроучасто 5 поверхности объекта 1 оптически свя- зан с приемньми торцами 13 и 14 первого и второго отрезков световодов 15 и 16 соответствЕНно. Выходные торцы последних оптически связаны соответственно с фотоприемниками 17 и 18, выходы которых подключены к измери- те,льно-регистрирующему блоку 19. Торцы 13 и 14 первого отрезка световода 15 и второго отрезка световода 16 установлены на одинаковом расстоянии от поверхности объекта и одинаково ориен тированы по отношеншо к микроучастку 5. На фиг. 2 показано взаимное расположение торцов 13 и 14 световодов 15 и 16 и микроучастка 5.

Апертурные телГесные углы каждого торца 13 и 14 очерчивают на поверхности объекта 1 соответственно площадки 20 и 21 овальной формы, причем площадка 20 полностью перекрывается освещенным микроучастком 5, име;ющем, например овальную форму, а площадка 21 перекрьшается им частично на сегменте 22, являющемся общей частью площадки 21 и освещенного исследуемого микроучастка 5.

Устройство работает следующим образом.

Наблюдение за микроучастком 5 ведут через микроскоп 6 визуально или фотографируя его. Освещение исследуемого микроучастка производится импульсами света, образующимися при прохождении щели 4 в экране 3 оптической оси двух жгутов В и 9 световодов и поэтому жестко синхронизироваиньми с углом поворота объекта. Часть светового потока, отраженного от микроучастка 5 в пределах телесных .апертурных углов приемных торцов 13 и 14, попадает в световоды 15 и 16, причем в световод 15 попадает световой поток с площадки 20, а в световод 16 - с освещенного сегмента 22, составляющего общую часть взаимного пересечения микроучастка 5 и площадки 21 на поверхности объекта 1.

Измерение износа микроучастка 5 осуществляют следующим образом (фиг.2)

Пусть исследуемая поверхность объекта лежит в плоскости XY. Ось Z нормальна к поверхности объекта. Исходное положение поверхности соответствует координате Z,. В результате износа произошедщего, например, за один оборот объекта, его поверхность в районе микроучастка смещается в положение с координатой Z, а само смещение равно 4 .

Площадь сегмента 22 при смещении поверхности вдоль оси Z увеличивается а следовательно, возрастает световой поток, попадающий в световод 16. Так как величина освещенности микроучастка 5 изменяется незначительно, то величина светового потока в световоде 16 определяется лишь площадью сегмента 22, величина которой прямо зависит от смещения UZ. Измеряя величину светового потока в световоде 16, можно по предварительно построенному градуировочному графику определить AZ, т.е. величину линейного износа микроучастка 5.

Однако при изнашивании возможно изменение коэффициента отражения поверхности микроучастка вследствие из

менения шероховатости, образования вторичных структур на поверхности и изменения цвета. В этом случае световой поток в световоде 16 зависит не только от величины площади сегмента 22, т.е. от ЛZ, но и от изменения ко- эфициента отражения поверхности объекта, что вносит неоггределенность в результат измерения AZ. Для устране- ния этой неопределенности в устройство введен световод 15, величина светового потока в котором зависит лишь от коэффициента отражения поверхности, так как приращение площади площадки 20 мало и является величиной второго порядка малости. Поэтому величина импульсного сигнала в световоде 15 дает уровень отсчета ;,ля сигнала в световоде 16, а сам сигнал можно использовать в качестве опорного сигнала.

Импульсные световые потоки в световодах 15 и 16 преобразуются фотоприемниками 17и 18 в электрические импульсные сигналы, амплитуда которых пропорциональна величинам соответствующих световых потоков. Сигналы измеряются и регистрируются измерительно-регистрирующим блоком 19, в ка- честве которого может быть использован светолучевой осциллограф.

В предлагаемом устройстве устраняются погрешности, обусловленные субъективностью наблюдателя, например вре менем его реакции и неточностью наведения микроскопа на.резкость. Вследствие этого повышается точность измерений и быстродействие устройства. Повьш1ение быстродействия расширяет функциональные возможности устройства, так как позволяет проводить исследования интенсивно изнашивающихся

5

0

о

5

5

0

объектов, когда за каждый оборот объекта происходит значительный по величине износ, особенно , если процесс изнашивания является нестационарным. При этом исследования проводятся автоматически, без участия наблюдателя, однако он может наблюдать визуально исследуемый микроучасток, используя микроскоп.

Формула изобретения

Устройство для исследования поверхности вращающегося объекта по авт.св. № 116,3226, отличающееся тем, что, с целью повьшхения точности измерений и быстродействия устройства, оно дополнительно содержит первый и второй отрезки световодов, первый и второй фотоприемники и измерительно-регистрирующий блок, приемные торцы отрезков световодов оптически связаны с исследуемым микроучастком поверхности, расположены под одним углом к поверхности микроучастка и на одинаковом расстоянии от поверхности так, что апертурный телесный угол приемного торца первого отрезка световода образует в пересечении с поверхностью исследуемого микроучастка площадку, полностью лежащую внутри границ исследуемого 1 микроучастка, а апертурный телесный угол приемного торца второго отрезка световода образует в пересечении с поверхностью исследуемого микроучастка площадку, пересекающую границы исследуемого микроучастка, при этом выходные торцы первого и второго отрезков световодов оптически связаны соответственно с первым и вторьЕм фотоприемниками, выходы которых соединены с входами измерительно- регистрирующего блока.

.2

Изобретение относится к устройствам для исследования кинетики изнашивания микроучастков рабочих поверхностей (МРП) вращающихся объектов, в частности при их фрикционном взаимодействии с другими объектами, и позволяет получить для каждого оборота объекта одновременно фотографию МРП и осциллограмму для определения- величины линейного износа. Целью изобретения является повьшение точности измерений и быстродействия. Для этого устройство дополнительно снабжено двумя световодами 15 и 16, приемные торцы 13 и 14 которых на одинаковом расстоянии от поверхности расположены под одним углом к ней так, что их аппертурные телесные углы образуют в пересечении с поверхностью две площадки, одна из которых перекрывается МРП полностью, а вторая - частично. Вьгходные торцы световодов 15 и 16 соответственно оптически связаны с фотоприемниками 17 и 18, которые подключены к измерительно-регистрирующему блоку (ИРБ) 19. Величина импульсного светового потока в световоде 15 зависит от коэффициента отражения поверхности МРП 5, а Б световоде 16 - от коэффициента отражения МРП 5 и от величины линейного износа МРП. Отношение амплитуд двух одновременно записанных ИРБ 19 сигналов позволяет по градуировочному графику определить величину износа МРП. 2 ил. с сл с

Составитель В. Калечиц Редактор И. Касарда Техред Л.Олийнык

Заказ 3470/39

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор А. Тяско

Подписное