Способ измерения шероховатости плоской поверхности Советский патент 1991 года по МПК G01B13/22 G01N3/56 

ми связан с внешним генератором 5 регулируемой частоты через управляемый усилитель 6, управляющий вход которого связан с генератором 7 пилообразного напряжения, например, диапазона 5-200 Гц. На пути ползуна 3 ниже его контролируемой поверхности 1 расположена трасса светового луча фотоэлемента. На фиг.1 для простоты показан только фотодиод 8 фотоэлемента, а све- тодиод не показан. Фотодиод 8 через выключатель, например геркон 9, через усилитель мощности связан с пусковым триггером быстродействующего регистрирующего вольтметра 10.

Способ реализуется следующим образом.

Ползун 3 устанавливают поверх контролируемого листового образца (бумаги, картона, металла и т.д.), после чего под действием собственной массы ползун 3 сцепляется с поверхностью образца силой трения покоя, экспоненциально возрастающей во времени из-за упругопластической деформации более мягкого в трущейся паре ползуна или образца, причем этот факт имеет решающее значение в развитии скачков при начале скольжения. Эти вносящие существенные погрешности по известному способу скачки пропорциональны представленным на фиг.2 диаграммам силы трения. Если первый минимум этой силы позволит массе ползуна сдвинуться вниз по образцу, последующий максимум или остановит ползун, или замедлит его свободное движение, создавая неопределенность момента отсчета начала движения ползуна по известному способу. При повышении напряжения генератора 7 по описываемому способу по восходящей ветви пилообразного нарастания усилитель 6 синхронно вырабатывает линейное нарастание амплитуды сигнала генератора 5 и амплитуда колебаний приводимого в-движение вибратором 4 ползуна 3 начинает также возрастать по линейному закону с учетом поддающейся коррекции нелинейности характеристики преобразования напряжения в механические колебания вибратором 4. Эта линеари- зация осуществляется известными методами, хорошо изученными при конструировании отклоняющих систем телевизионных кинескопов. Переведенный из состояния покоя в состояние вынужденных колебаний ползун на некоторой фазе колебаний теряет трение покоя и плавно переводится в режим свободного скольжения по образцу, пересекает луч фотоэлемента и его фотодиод 8 включает коммутатор 9, после чего включается регистратор вольтметра 10 и происходит отсчет величины напряжения

сигнала на выходе усилителя 6, приведшего к пуску ползуна.

При калибровке ползуна частота генератора 5 подстраивается в резонанс с собственными колебаниями ползуна, благодаря чему возможно понижение требуемой мощности сигнала с выхода усилителя 6 и снижение себестоимости практической реализации способа.

Помимо этого, возбуждение ползуна с собственной резонансной частотой позволяет усилить степень подавления его фрикционных автоколебаний и тем самым повысить точность и надежность измерений, делая отсчет вольтметра 10 однозначным и повторяющимся при множестве проб.

Чем больше шероховатость образца, тем больше его начальное сцепление с ползуном и тем больше отсчитываемое вольтметром пороговое напряжение пуска ползуна. Обеспечиваемая внешними генераторами и управляемым усилителем линейность возрастания амплитуды

колебаний ползуна позволяет при тарировке строить зависимости шероховатости от напряжения сигнала повышенной точности. По известному способу эти зависимости были нелинейными, подчиняющимися квадратичному закону. По сравнению с известным манометром современные вольтметры обладают повышенной от 1,5-4 до 0,1% точностью (ротаметры измерений по Бендсену имеют точность 1-3,3%).

Основным преимуществом описанного способа по сравнению с известным является i гарантированная однозначность отсчета сигнала в момент трогания ползуна благодаря эффективному подавлению фрикционных автоколебаний (фиг.2, приближение F Ст к Рдв.). Диаграммы (фиг.2) описывают в статике мгновенное отображение фрикционных автоколебаний ползуна и переходного процесса пуска в виде зависимостей силы трения F ползуна об контролируемый образец ( в граммах) от времени (в миллисекундах). FCT - сила трения ползуна в начале его скольжения для предлагаемого способа; FCT - аналогичная сила статического трения для известного способа.

Для описанного способа дана диаграмма 1, а для известного способа - диаграмма 2. Для обоих случаев сила трения скольжения при установившемся движении через достаточно большой интервал времени после трогания ползуна обозначена Рдв. Для наглядности предполагается, что массы ползунов в обоих случаях одинаковы. Для упрощения дальнейшего анализа динамики переходного процесса временные колебания сиды трения F изображены периодическими и с одинаковой частотой для обоих случаев, хотя фрикционные колебания ползуна, особенно по известному способу, содержат большое число гармоник и не могут быть изображены затухающими синусоидами. Скрип заржавевших дверных петель, вибрации поручня эскалатора метро, скрежет неправильно включенной коробки скоростей автомобиля - примеры неподавленных, как и по известному способу, фрикционных автоколебаний переходного процесса, звук которых представляет собой хаотический шум без стабильных тонов, присущих чисто синусоидальным колебаниям.

В описанной реализации способа не происходит усиления и дробления частоты фрикционных автоколебаний соединительным проводником, так как в отличие от заполненного сжатым воздухом шланга тонкие электрические проводники не явля- ютвя связанной автоколебательной системой.

Замена тяжелого и малоподатливого шланга сжатого воздуха практически неве- сомыми проводниками позволяет существенно снизить и погрешности калибровки статической массы ползуна.

В отличие от известного способа и метода Бендсена весь процесс измерений, за иск- лючением операции крепления образца, полностью автоматизирован, для произведения отсчета присутствие оператора не требуется, а сами отсчеты можно представлять в шкале шероховатости. Кроме того, предлагаемый способ позволяет отказаться от энергоемких систем подготовки и подачи

приборного сжатого воздуха, источник которого часто отсутствует на предприятии.

Поскольку ползуну сообщаются колебания преимущественно на его собственной резонансной частоте, описанный способ обеспечивает повышенную виброзащиту измерений в условиях любых цехов бумагоделательного, металлообрабатывающего и других производств, что также способствует надежности измерений. В отличие от из- встного способа и прибора Бендсена описанная реализация способа позволяет измерять поверхности даже гладких материалов - лучших сортов бумаги и стекла оптических приборов взамен дорогостоящих и трудоемких в эксплуатации оптических и СВЧ-интерферометров.

Формула изобретения Способ измерения шероховатости плоской поверхности, заключающийся в том, что исследуемую поверхность располагают под острым углом к горизонту, на нее устанавливают ползун, подают плавно увеличивающееся усилие, компенсирующее силу трения покоя ползуна, в момент начала скольжения ползуна производят отсчет величины этого усилия и по тарировочным зависимостям определяют шероховатость поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений путем подавления фрикционных автоколебаний трогания ползуна, ползуну сообщают вынужденные колебания, частоту которых выбирают равной собственной резонансной частоте ползуна, а амплитуду колебаний плавно увеличивают.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам определения шероховатости и контроля качества поверхности. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения путем подавления фрикционных автоколебаний трогания ползуна. Согласно способу ползуну сообщают вынужденные колебания с его собственной резонансной частотой с помощью закрепленного на нем электромеханического вибратора. На вибратор подают сигнал переменного тока от внешнего генератора с подстраиваемой частотой, а амплитуду сигнала модулируют по пилообразному закону от управляющего генератора. В момент компенсации силы трения покоя в фазе нарастания пилообразного напряжения сигнала ползун начинает соскальзывать по образцу без толчков и этот момент фиксируется с помощью фотоэлемента, включающего регистрирующий вольтметр. Отсчитанная вольтметром однозначная величина сигнала в момент пуска ползуна в скольжение используется для определения шероховатости образца по тарировочным номограммам повышенной точности и достоверности благодаря отсутствию фрикционных автоколебаний ползуна при тарировке с присущей им хаотичностью частотного спектра. Сообщаемые ползуну колебания на его резонансной частоте обеспечивают вибростойкость процесса измерений, что особенно важно в цеховых условиях. 2 ил.

фиг.1

t,Mt

Фиг.1