Способ получения и фиксирования картины муаровых полос Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерениям в различных областях науки и техники и может быть использовано преимущественно для исследования деформаций и напряжений в деталях машин и конструкций, а также для измерения длин, углов, перемещений.

Известны следующие способы получения картины муаровых полос.

1. Деформированную сетку фотографируют через недеформированную эталонную сетку, нанесенную на прозрачную пластину и помещенную на поверхность исследуемой детали. При этом фотографируется муаровая картина, которую можно наблюдать,

К недостаткам данного способа prtjo-- сятся ограниченность применения (нагру- жение детали сжатием делает невозможным помещение эталонной сетки на деталь, так как она деформируется вместе с деталью), невозможность получения

динамики муарового эффекта (фотографирование позволяет отснять, в основном, до и после нагружения детали или в заданный момент, но не дает непрерывного изменения картины муарового эффекта на протя жении всего процесса деформирования, что особенно важно в случае больших деформаций), сложность исследования напряженно- деформированного состояния (требуется изготовление эталонной сетки или сеток для каждого вида нагружения; для малых деформаций - одна, для больших - другая) и большая трудоемкость изготовления сеток высокого качества.

2. Сетку детали фотографируют дважды на один и тот же негатив до нагружения и песле него, в результате на негативе образуется муаровая картина.

До проявления фотопластинки картину муаровых полос наблюдать невозможно, исХ|

О OJ

iio

W

следование динамики, развития муаровых полос также исключается. Способ трудоемок, так как требует несколько пересъемок, в процессе деформирования детали невозможно изменение шара растра эталонной сетки, так как нет возможности наблюдать муаровую картину.

3.Изображение эталонной сетки заранее наносится на матовое стекло фотокамеры. Сюда же проектируется изображение деформированной сетки. Возникшую картину муаровых полос фотографируют вторым фотоаппаратом.

Кроме недостатков, которые описаны в предыдущих способах, нанесение эталонной сетки на объектив фотоаппарата влечет за собой неравномерную резкость изображения по краю объектива, сложность смены

эталонных сеток на объективе при меняющихся условиях нагрузки и различии

.свойств деталей.

4,Эталонную и деформированную сетки фотографируют на различные негативы, которые при печати накладывают один на другой или накладывают увеличенные изображения этих сеток, отпечатанные на пленке. Отмеченные выше недостатки характерны и для данного способа,

Известен также способ получения картины муаровых полос. На экран наносят сетку прямых параллельных линий, фотографируют отражение этой сетки сначала от плоской зеркальной поверхности, затем от искривленной на один и тот же негатив. В результате наложения двух семейств отраженных линий образуется картина муаровых полос, по которой судят о характере искривленной поверхности.

Недостатками способа являются ограниченность его применения только для искривленных поверхностей, поскольку плоские детали не дадут муарового эффекта. Способ рассчитан на определение угла наклона нормали к искривленной поверхности. Способ не рассчитан на получение му- ара в динамике из-за дискретности операций, он сложен по выполнению, так как требует изготовления эталонной сетки, связан с последующей фотообработкой. Воспроизводимость полученной картины также носит дискретный характер, не отражая всей полноты информации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения картины муаровых полос. Одним из известных способов готовится эталонная сетка (фотографический, механический способы и т.д.), которая наносится на матовое стекло фотокамеры. На поверхность деформируемой детали также наносится сетка с заданным шагом. На эталонную сетку, находящуюся на поверхности стекла фотокамеры, проектируется изображение деформированной сетки. Полученную картину муаровых полос

фотографируют вторым фотоаппаратом.

Однако в известном способе использование стекла фотообъекта для нанесения эталонной сетки неудобно, так как стекло приходится матировать и наносить сетку с

определенным шагом для разового пользования. С изменением шагов эталонного растра требуется менять сетку, что недопустимо для объектива фотоаппарата. Съемка муаровых полос фотоаппаратом дает также дискретную информацию о наблюдаемом процессе (до и после деформации). С применением кинокамеры вместо фотокамеры фиксация динамики процесса затруднена из-за сложности настройки и

совмещения аппаратов, трудоемкости обработки фотопленки. Кроме того, исследова-. ние напряженно-деформированного состояния детали длительно, не наглядно, так как требуется перепечатка с большим

увеличением кинокадров.

Целью изобретения является упрощение получения картины при динамике муарового процесса.

Указанная цель достигается тем, что в

известном способе, заключающемся в проектировании нанесенного на поверхность исследуемого объекта растра на эталонный растр и фиксирования картины муаровых полос как результата взаимодействия растров, в качестве эталонного используют растр видикона.

Предлагаемый способ получения и фиксирования картины муаровых полос в процессе деформирования может быть

реализован следующим образом.

Учитывается, что шаг сетки растра на телевизионном экране зависит от размера экрана и разрешающей способности телевизионной камеры:

a h/b,

где а - шаг сетки растра используемого телевизионного экрана, линий/мм; b - количество строк (линий) на экране телевизионной камеры (разрешающая способность телевизионной камеры);

h - высота телевизионного экрана, мм. Из геометрических соотношений следу- ет

h d. sin 37°,

где d - диагональ телевизионного экрана,

мм.

При использовании сетки растра с мелким шагом предпочтителен малый экран с d 160-250 мм, с крупным шагом - d 510- 670 мм.

Промышленная аппаратура имеет разрешающую способность телекамеры 450- 550 строк, бытовая - 350 строк. При исследовании деформаций увеличение сетки растра объекта должна быть таким, чтобы телевизионная камера с данной разрешающей способностью позволяла получать четкое изображение растра объекта на телевизионном экране. При деформировании объекта под действием растягивающих напряжений растр объекта должен иметь в исходном состоянии большее число строк (линий), чем количество строк (линий) сетки растра на телевизионном экране. Это достигается приближением объектива телевизионной камеры к объекту с расчетом, чтобы четко была видна зона исследования на объекте в течение всего процесса наблюдения и записи, или нанесением на поверхность объекта сетки растра с меньшим шагом, чем шаг растра на телевизионном экране.

При деформировании объекта сжатием растр объекта должен иметь до деформирования меньшее количество строк (линий/мм), чем сетка растра на приемной телевизионной камере. Это достигается или удалением объектива камеры от объекта с таким расчетом, чтобы была видна полностью вся зона исследования в процессе наблюдения, или путем нанесения сетки на поверхность объекта с шагом растра меньшим, чем шаг растра телевизионного экрана. Диапазон возможных значений шага сетки растра на телевизионном экране зависит от размера экрана, разрешающей способности телевизионного экрана. Растр сетки на экране телевизионной камеры удобен для случая, когда объект .подвергается растяжению. В случаях же сжатия используют шаг сетки растра, наносимый на поверхность объекта заведомо меньшей величины, чем шаг сетки растра на телеэкране, или, как ранее указывалось, перемещают объёк- тив камеры, удаляя его от объекта.

На поверхность исследуемого объекта наносят сетку растра любым из известных способов. Затем сетку растра на поверхности объекта проектируют через объектив на видикон приемной телевизионной камеры, которая взаимодействует с растром видико- на, образуя картину муаровых полос на экране. Видеомагнитофон включают перед деформированием объекта, фиксируя исходное положение растров. Запись продолжается в течение всего периода нагружения объекта, а при необходимости и после снятия нагрузки. Если исследуют релаксационный процесс, запись на пленку видеомагнитофона ведется непрерывно в течение всего цикла нагружения. Кассета типа ВК-45 позволяет вести запись в течение 45 мин, а кассета типа ВК-180 позволяет записывать процесс в течение 3 ч. При соблюдении одинакового шага растров в исходном состоянии (до деформации объекта) пользуются

0 изменением расстояния телекамеры до объекта. При приближении телекамеры к объекту шаг нанесенной сетки на объекте увеличивается за счет укрупнения плана объекта, а удаление телекамеры приводит к

5 уменьшению объекта, соответственно проектируемая сетка будет мельче. Тем самым, изменяя расстояние от объекта до телекамеры, можно получить заданное соотношение шага растров нанесенной сетки на

0 объекте с эталонной сеткой растра телевизионного экрана.

Совмещение процесса нагружения объекта с видеозаписью картины на пленку видеомагнитофона, полученной при

5 взаимодействии растров в динамике, позволяет по картине муаровых полос получить информацию о напряженно-деформированном состоянии объекта. Видеозапись при использовании Сетки растра экрана телеви0 знойного экрана ведется непрерывно и все локальные изменения состояния объекта фиксируются на видеопленке.

Для качественного анализа напряженно-деформированного состояния можно ви5 зуально, непосредственно в процессе деформирования, наблюдать изменение картины муара.

Для количественной оценки после записи на пленку всего процесса деформирова0 ния полученную картину воспроизводим, включая видеозапись и просматривая ее на телевизионном экране.

Расчет напряженно-деформированного состояния ведется одним из известных ме5 тодов с учетом типа нагружения и поставленной задачи. При этом возможно визуальное наблюдение непрерывно меняющейся картины или выборочное, используя для этого стоп-кадр. В случае

0 необходимости возможна пересъемка муаровой картины с экрана с использованием стоп-кадра видеозаписи.

Величина разрешающей способности определяется по телевизионной испыта5 тельной таблице 0249 или УЭИТ (настроечные таблицы, наблюдаемые на телевизионном экране) согласно инструкции на испытательную таблицу.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что сетка растра с поверхности деформируемого объекта непрерывно проектируется в процессе нагружения на видикон приемной телевизионной камеры, растр которой принят за эталонную сетку с шагом, равным отношению разрешающей способности телевизионной камеры к высоте телевизионного экрана, сетка растра те- левизионйого приемника взаимодействует с деформируемой сеткой объекта, образуя муаровые полосы, получаемую картину записывают на пленку видеомагнитофона, которую исследуют в процессе деформирования объекта или при воспроизведении видеозаписи визуально, а также путем фотопересъемки с использованием стоп-кадра.

Известны способы, в которых на деформированный объект наносится сетка растра и используется талонная сетка растра ,кото- рые при совмещении различными путями .(непосредственно на деталь наносится сетка растра, а затем эталонная сетка растра) снимаются дважды на один и тот же негатив. Эталонную сетку растра наносят на стекло объектива фотокамеры и снимают деформированную сетку через эталонную другим фотоаппаратом и т.п.

Однако изготовление эталонной сетки сложно в любом из способов, применение ее путем отражения от поверхности или путем прямого наложения носит ограниченный характер по выполняемой задаче (изучение угла наклона нормали к искривленной поверхности, перемещение и т.д.), к тому же полученные фотографии муаровых полос фиксируют в любом случае состояние исследуемой поверхности в определенный момент времени, т.е. известными способами невозможно зафиксировать непрерывность процесса деформации, так как время проведения съемки ограничено в пределах

1с для скоростной съемки и в пределах до

2мин фотоаппаратом и обычной кинокамерой. Для исследования напряженно-деформированного состояния объекта применяемые способы не реализуют воспроизводимость полученной картины в динамике во всем объеме процесса деформирования, что особенно важно при исследовании локальных изменений, неравномерных деформаций, многоступенчатых режимов нагружения, необратимых процессов, неповторимых объектов и т.д,

Применение растра видикона в качестве эталонной сетки позволяет получать бездефектный, высококачественный эталон. При этом исключаются операции по предварительной подготовке сетки, сложности,

связанные с совмещением непрерывно деформированной сетки растра на исследуемом объекте и сетки телевизионного экрана, появляется возможность при записи на видеомагнитофон воспроизведения полученной картины муаровых полос в динамике, что повышает достоверность расчетов, обеспечивает сохранность информации и ее наглядность как на этапе деформирования,

0 так и в последующие моменты, т.е. обеспечивается надежность исследования. Оперативность получаемой картины муара обеспечивается за счет того, что отраженная от деформируемой поверхности объекта

5 сетка растра проектируется через объектив на видикон приемной телевизионной камеры, взаимодействует с растром видикона. В дальнейшем, в соответствии с поставленной задачей, записанная на видеомагнито0 фон информация может непосредственно визуально наблюдаться непрерывно или с. использованием стоп-кадра, а также фотографироваться полностью или выборочно моменты деформаций, что обеспечивает уп5 рощение получения динамики муарового эффекта, Запись на видеомагнитофон полученной муаровой картины позволяет фиксировать процесс деформирования в течение 1-3 ч вместо 1-120 с в известных

0 способах. Способ особенно необходим при исследовании пластических, вязкоупругих деформаций, при нагружении объекта сжатием, где непременным условием является то, что шаг сетки эталонного растра должен

5 быть больше шага сетки деформируемого объекта.

Использование предлагаемого способа получения картины муаровых полос позволяет по сравнению с известными значитель0 но упростить способ за счет исключения необходимости изготовления и применения эталонного растра, так как используют готовый и удобный в применении растр видикона телевизионного приемника; расширить

5 возможность способа получения картины муаровых полос и исследования напряженно-деформированного состояния объекта за счет использования видеотехники, позволяющей значительно увеличить (1.103-2,7.10

0 раз) время взаимодействия растров в процессе деформирования объектов; наглядно продемонстрировать способ в режиме непрерывного нагружения объекта с малыми и большими деформациями в момент нагру5 жения и при повторном или многократном излучении полученного муара; способ универсален по своему применению, так как не ограничен в решении задач ни типом исследуемого материала, ни режимом перемеще- ния его в процессе нагружения, ни

масштабным фактором исследования; использование стоп-кадра в видеомагнитофоне облегчает получение выборочных данных в виде фотодокументов; автоматизировать обработку результатов экспериментальных исследований; увеличить производительность способа в 5-20 раз; повысить надеж- ность проводимых исследований напряженно-деформированного состояния объекта за счет возможного неоднократного воспроизведения записанной картины муаровых полос и более детального изучения отснятой в динамике картины.

Формула изобретения

Способ получения и фиксирования картины муаровых полос, заключающийся в проектировании нанесенного на поверхность исследуемого объекта растра на эталонный растр и фиксировании картины муаровых полос как результата взаимодействия растров, о тличающийся тем, что, с целью упрощения получения картины при динамике муарового процесса, в качестве эталонного используют растр видикона.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Целью изобретения является упрощение получения картины муаровых полос при динамике процесса. Совмещение нанесенного на поверхность исследуемого объекта растра с растром ви- дикона путем проектирования первого на второй позволяет получить картину муаровых полос, содержащую информацию о напряженно-деформированном состоянии обьекта. Преимущества, обеспечивающие положительный эффект, заключаются в непрерывности получения информации, что делает ее пригодной как для непосредственного визуального контроля, так и для видеозаписи с последующим анализом видеоматериала, а также в простоте получения заданного соотношения шагов растров путем изменения расстояния от объекта до телекамеры.