Устройство для анализа разнородных частиц, возникающих в процессе шлифования Советский патент 1989 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к контролъ- но-измерительной технике, в частнос- : ти к оптическим устройствам измере- I ния параметров частиц, и может быть I использовано в производственных и . лабораторных условиях для определения размера, формы, скорости, а так- же материала частиц, образующихся I в процессе обработки поверхностей при шлифовании.

Цель изобретения - повьшение точности анализа и повьшение его информтивности за счет дополнительного опрделения материала частиц,

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства,для анализа разнородных частиц, возникающих в процессе шлифования.

Устройство содержит лазер 1, пер- вую линзу 2, вторую линзу 3, оптимальный фильтр А, фотопластинку 5, расщепитель 6 пучка, первое 7 и второе 8 зеркала, третью линзу 9, первый 10 и второй 11 объективы, опти- I ческий затвор 12, фотоприемник 13,

широкополосный усилитель 14, спект- : роанализатор 15, блок 16 запоминания сепаратор 17 заряженных частиц, металлические пластины 18, первый 19 ; и второй 20 источники потока газа, I щелевой экран 21 диафрагм 22, На чер- I теже также, изображен шлифовальный j круг 23,

I Устройство работает следующим I образом.

Луч лазера I расщепляется расщепителем 6 пучка на два зондирунщнх пучка равной мощности, которые затем с помощью зеркал 7 и 8 и линз 2 и 9 I фокусируются в области анализируемого объема на пересечении с потоком исследуемых частиц. Эта область выбирается напротив щели щелевого экрана 2 1 . Первый из зондирующих пучков после прохождения через анализируемый объем направляется в апертуру первого объектива 10, затем через диафрагму 22, оптический фильтр 4 - на фотопластинку 5, где формируется изображение -дифракционной картиньг части- , по которбй определяют ее размеры и форму. На оптической оси лазера 1 размещен оптический затвор 12 с регулируемой длительностью экспозиции, с помощью которой задают время съем- ки дифракционной картины, являющее- . ся одновременно временем измерения скорости одной частицы. Оно может

ю

15

0 5

О

п .с

5

быть подобрано экспериментальным пу- )Тем или рассчитано.

Свет, рассеянный движущейся частицей, собирается вторым объективом 11 и направляется на фотокатод фотоприемника 13, Частица рассеивает свеч обоих пучков. Но поскольку узел между вектором ее скорости и волновым вектором каждого луча различны, рассеянный частицей свет от обоих пуч - l КОВ .будет различаться по длине вогны,

В результате интерференции волн, сигнал на выходе фотоприемника испытывает биение на частоте, равной разности частот обеих волн. После усиления IШpoкoпoлocным усилителем 14, с помощью спектроанализатора 15 производится измерение разностной частоты, регистрируег ой блоком 16 запоминания, Найден)1ая величина разностной частоты позволяет определить скорость частицы. На пути потока исследуемых частиц между областью к он- такта шлифовального круга 23 с обрабатываемой поверхностью и областью анализируемого объема размещен сепаратор 17 заряженных частиц, предназначенный для разделения траекторий незаряженных частиц, частиц материала обрабатываемой поверхности и абразива от траекторий заряженных частиц. которыми являются микрокапли смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), Частицы СОЖ приобретают электрический заряд при разрыве контакта жидкого и твердого материалов на поверхности шлифовального круга 23,

Сепарация заряженных и незаряженг ных частиц в вертикальном направлении достигается путем наложения - электрического поля (с помощью металлических пластин 18, соединенных с полюсами источника импульсного напряжения) или магнитного, поля, создаваемого постоянными магнитами или электромагнитами. Размещение анализируемого объема в области, смещенной по вертикали в зону преобладания траекторий незаряженных частиц, позволяет исключить влияние СОЖ и тем самым повысить точность измерений.

Частицы металла и абразива, обладая различной плотностью, достигают анализируемого объема с разницей в скоростях, вызванной различием их торможения в газовой среде. Эта измеренная разница скоростей позволяет определить материал частицы.

Дополнительный параллельный или антипараллельный поток газа, создава емый источниками 19 или 20 потока газа позволяет усилить эту разницу скоростей и тем самым обеспечить надежную селекцию частиц по их материалу. При этом дпя частиц относительно большого размера целесообразен встречный поток, в то время, как для малых частиц необходим сопоток, так как в противном случае они не достигают анализируемого объема.

Необходимые величины и направление скорости потока газа могут быть получены из следующего соотношения:

V 15, 3,5(lgD)

где V

- скорость потока газа, измеренная в м/с; Vo - начальная скорость частиц,

измеренная в м/с; D - диаметр исследуемых-частиц,

измеренный в мкм. Получение четкого и однозначного изображения,- дифракционной картины частицы достигается уменьшением анализируемого объема, исключающим попадание в анализируемый объем более одной частицы. Это достигается выбором соответствующей ширины щели щелевого экрана 21 и введением первого объектива 10 и диафрагмы 22.

Для исключения деформаций металли ческих частиц за счет их окисления в воздухе . дпя поддува используется инертный газ.

Формула изобретения

1. Устройство для анализа разнородных частиц, возникающих в процессе шлифования, содержащее лазер для формирования первого зондирующего светового пучка, на оптической оси которого последовательно размещены оптический затвор, первая линза, счетный объем в зоне пересечения

с осью потока исследуемых частиц, вто-gQ ряженных частиц выполнен в виде

рая линза, оптический фильтр и фотопластинка, отличающееся тем, что, с целью повышения точности анализа и повьппения его информативности за счет дополнительного определения материала частиц,.в него введены расщепитель пучка, первое и второе зеркала, третья линза, первый и второй объективы, оптический зат55

магнитов.

4.Устройство по п.1, о т л и ю щ е е с я тем, что расщепите пучка выполнен в виде полупрозра го зеркала.

5.Устройство по пп.1-4, о т чающееся тем, что для со ния газовых потоков используется инертный газ.

20

25

0

g

вор, диафрагма, фотоприемник, широкополосный усилитель, спектроанализатор, блок запоминания,сепаратор за- g ряженных частиц, первый и второй источники потока газа, щелевой экран, при этом на оптической оси второй линзы между зоной ее пересечения с осью потока исследуемых -частиц и 10 второй линзой последовательно размещены первый объектив и диафрагма, на оптической оси лазера между оптическим затвором и первой линзой последовательно размещен расщепитель 15 пучка, с которым оптически сопряжены первое и второе зеркала, формирующие оптическую ось .соответственно первого зондирующего светового пучка и оптическую ось второго зондирующего светового пучка, пересекающуюся через третью линзу с оптической осью первого зондирующего пучка и осью потока исследуемых частиц в счетном объеме, с которым оптически сопряжен второй объектив, на оптической оси которого расположен фотоприемник, выход которого через широкополосный усилитель и спектроанализа- тор соединен с входом блока запоминания, а на оси потока исследуемых частиц последовательно размещены первый источник потока газа, сепаратор заряженных частиц, щелевой экрац анализируемый объем и второй источник потока газа, причем направления потоков газа, создаваемых первым и вторым источниками потоков газа, являются соответственно параллельным и антипараллельным направлению пото- Q ка исследуемых частиц.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что сепаратор заряженных частиц выполнен в виде

двух параллельных металлических плас- g тин, соединенных с соответствующими полюсами источника импульсного напря-г жения.

3.Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что сепаратор за5

магнитов.

4.Устройство по п.1, о т л и ч ю щ е е с я тем, что расщепитель пучка выполнен в виде полупрозрачного зеркала.

5.Устройство по пп.1-4, о т л и- чающееся тем, что для создания газовых потоков используется инертный газ.

а13 /

5 /5 17

.e

/

9 2

2/

гг 23

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к оптическим устройствам анализа разнородных частиц, и может быть использовано для исследования таких свойств микрочастиц, образующихся в процессе технологической обработки поверхностей шлифованием, как размеры, форма, скорость, материал. Цель изобретения состоит в повышении точности анализа и повышении его информативности за счет дополнительного определения скорости и материала частиц. Поток частиц, об- разую1 1ихся при контакте обрабатываемой поверхности и шлифовального круга, зондируют лазерньм световым пучком. Интерференционно-дифракционное изображение частиц регистрируется фотоппастинкой, позволяющей впоследствии определить размер и форму зарегистрированной частицы. Одновременно регистрируется скорость частицы с помощью средств доплеровской анемометрии. Поток исследуемых частиц на пути к анализируемому объему подвергается сепарации наложением электрического и магнитного поля для разделения траекторий заряженных частиц (капель,смазочно-охлаждающей жидкости) и незаряженных частиц (из металла или абразива). Встречный поток либо сопоток инертного газа позволяет обеспечить заметную разность скоростей частиц различной плотности (металл или абразив) при попадании этих частиц в анализируемый объем. По этой разности скоростей идентифицируется материал частицы. 4 з.п, ф-лы, 1 ил. (С (Л 4 СП