Устройство контроля остаточных напряжений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/18 

Фиг,1

ригеля 8 деформации на образец 20 при его травлении. Устройство содержит кронштейн 11, на котором установлен узел компенсации, выполненный в виде коромысла, первое плечо 15 которого связано с измерительным наконечником 10 через две пары магнитоа16 и 18 и держатель 19, а на втором плече 13 установлен груз 14 с возможностью перемещения вдоль него. Перемещение груза 14 и изменение угла между плечами 15 и 13 коромысла позволяет обеспечить заданную характеристику компенсации и гарантированное усилие измерительного наконечника 10 на контролируемый образец 20. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности: авиационной, моторостроительной, автомобильной и других для контроля остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей после различных технологических процессов. Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет компенсации изменения гарантированного усилия со стороны измерительного наконечника 10 изме

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения остаточных напряжений в образцах после различных видов обработки,

Известно устройство (1) для контроля остаточных напряжений, состоящее из основания, винта, кронштейнов, на нижнем из которых закреплен столик с ванной под раствор травления, а в верхнем смонтирована трубка. В верхней части трубки размещен измеритель деформации, а к нижней части прикреплено коромысло с подвесками для образца, причем измеритель деформации связан с образцом через стержень. Усилие стержня на образец создается пружиной и регулируется винтом.

Недостаток устройства заключается в том, что оно не обеспечивает требуемой точности, особенно при определении остаточных напряжений в тонких образцах. Этот недостаток вызван тем. что измерительное усилие, действующее со стороны измерителя деформации на образец, масса измерителя деформации, опирающегося на образец, а также масса измерительного стержня приводят к деформации образца, не связанной с действием остаточных напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство (2), Содержащее основание, винтовую пару, каретку, перемещающуюся вдоль оси винта и несущую измеритель деформации и микровинт. Измеритель деформации опирается на исследуемый образец через дополнительный стержень, который перемещается по направляющим втулкам. Для уменьшения измерительного усилия предусмотрено компенсирующее устройство, представляющее собой рычаг, одно плечо которого связано с измерительным стержнем, на другое опирается противовес. Микровинт связан с кронштейном, на котором закреплена подвеска для образца, погружаемого в ванну с раствором травления.

Однако устройство не обеспечивает высокой точности определения остаточных напряжений. Использование этого устройства, как и предыдущего, вызывает дополнительные деформации исследуемого образца за счет действия на него измерительного

усилия со стороны измерителя деформации. Измерительное усилие прижимает наконечник измерителя деформации к повер- хности образца (замыкание измерительной цепи), что обеспечивается действием пружины возврата, содержащейся в конструкции измерителя деформации. Причем измерительное усилие в пределах установленного диапазона измерений не является постоянным и изменяется в достаточно широких пределах (фиг.4). Степень сжатия пружины возврата зависит от направления деформации образца за счет изменения остаточных напряжений в нем при стравливании поверхностных слоев. Так, если за счет

остаточных напряжений образец изгибается вогнутостью вверх (выходит из раствора травления), то степень сжатия пружины увеличивается, а если изгибается выпуклостью вверх (образец погружается в раствор травления). то степень сжатия пружины уменьшается. Точность измерения снижается тем, что в устройстве, принятом за прототип, измерительное усилие компенсировано противовесом только при среднем положении

измерительного стержня измерителя деформации. При отклонении от среднего положения вверх или вниз в зависимости от знака деформации образца при травлении условия компенсации будут нарушены. Крометого, в рассматриваемой конструкции появляются дополнительные силы трения в точках соприкосновения дополнительного стержня с поверхностью втулок, в которых он установлен, а также в точках контакта

левого плеча рычага с дополнительным стержнем и правого плеча-с противовесом, трущимся в свою очередь со своей втулкой. Все это требует для преодоления сил трения достаточно больших гарантированных измерительных усилий, которые будут действовать со стороны наконечника измерителя деформации на исследуемый образец. Это будет вызывать его дополнительную деформацию, не связанную с проявлением остаточных напряжений, а, следовательно, вносить значительные погрешности в определении остаточных напряжений.

Цель изобретения - повышение точности путем компенсации изменения гарантированного усилия, действующего со стороны на- конечника измерителя деформации на образец.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее основание, жестко закрепленную перпендикулярно основанию стойку, установленную на стойке с возможностью перемещения вдоль нее каретку, жестко закрепленную на каретке подвеску, предназначенную для закрепления образца, жестко закрепленный на подвеске измеритель деформации с измерительным наконечником, узел компенсации усилия со стороны измерительного наконечника на образец, выполненный в виде коромысла, первое плечо которого связа- но с измерительным наконечником, и груза, установленную на основание ванну с раствором травления, предназначенным для погружения образца, и катод погруженный в раствор травления, дополнительно снаб- жено кронштейном, установленным на подвеске параллельно стойке, осью, закрепленной в кронштейне параллельно основанию, держателем жестко закрепленным на измерительном наконечнике, двумя парами магнитов, одна из которых установлена на держателе, а вторая - на первом плече коромысла, каждый из магнитов первой пары направлен к соответствующему магниту второй пары одноименным полю- сом, коромысло установлено на оси с возможностью изменения относительного углового положений его плеч и фиксации, а груз установлен на втором плече коромысла с возможностью перемещения вдоль него.

На фиг.1 изображено устройство контроля остаточных напряжений, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1 на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - зависимость изменения измерительного усилия действующего со стороны наконечника измерителя деформации (индуктивного преобразователя элект- ронной измерительной системы мод. 76503-01 (Микрон-02) на образец при перемещении измерительного наконечника.

Устройство содержит основание 1, на котором закреплена стойка 2, оснащенная механизмом перемещения например в виде винтовой передачи, состоящей из ходового винта 4 и гайки-каретки 5. Вращательноедви- жение ходового винта 4 преобразуется в поступательное движение каретки 5 вдоль стойки 2. На каретке 5 установлена подвеска 6, предназначенная для закрепления зажима 7 и измерителя деформации 8 с измерительным стержнем 9 и наконечником 10 В качестве измерителя деформации 8 может быть использован индуктивный преобразователь электронной измерительной системы мод. 76503-01 (Микрон-02). На подвеске дополнительно установлен кронштейн 11, на оси 12 которого закреплено коромысло. Одно плечо коромысла, например, может представлять собой микровинт 13 с грузиками 14, а на другом плече 15 коромысла установлена пара магнитов 16 Плечо коромысла в виде микровинта 13 с грузиками 14 имеет возможность изменять свое угловое положение относительно второго плеча коромысла (изменяется угол /). Угловое положение плеч закрепляется фиксатором 17. Пэра магнитов 16 связана через одноименные полюса с парой магнитов 18, установленной на держателе 19, закрепленном на измерительном стержне 9 измерителя 8 деформации, измерительный наконечник 10 которого упирается в контролируемый образец 20, помещенный в ванну 21 с раствором 22 травления и катодом 23.

Устройство работает следующим образом.

Можно выделить 3 этапа: а) настройка измерителя деформации на начало отсчета, б)настройка узла компенсации изменения гарантированного измерительного усилия со стороны измерителя деформации на образец; в) измерение деформации в процессе травления.

а)Перед исследованием контролируемый образец 20 закрепляют в зажиме 7, который перемещают вместе с ним в вертикальном направлении до касания последнего с измерительным наконечником 10 и далее вместе с ним и стержнем 9 относительно корпуса измерителя 8 до начального положения отсчета величины деформации. Этот этап настройки осуществляется в известных устройствах перемещением с помощью микровинта. При использовании в качестве измерителя 8 деформации индуктивного преобразователя электронной измерительной системы модели 76503-01 (Микрон-02) изготовитель ЛИПО (г.Ленинград) за начало отсчета обычно принимается середина диапазона измерения.

б)Изменение измерительного усилия, определяемого возвратной пружиной измерителя 8 деформации и действующего через измерительный наконечник 10 на образец 20 при его прогибе в процессе травления изображено на фиг 4 (прямая 1). Из графика видно, что в рабочем диапазоне изменений прогиба fусилие Р изменяется значительно

Причем суммарный прогиб образца 20 состоит из двух составляющих, одна из которых определяется остаточными напряжениями в образце, а вторая переменная - действием измерительного наконечника 10 на образец, при этом она изменяется. Поэтому для достижения поставленной цели необходимо обеспечить постоянное гарантированное усилие Ризм, необходимое1 для осуществления измерения контактным методом (фиг.4, прямая 2), вызывающее прогиб.

4Р

измю

EB(H-h)J

и напряжение Оизм

6Ризм о

В(Н - h)2

где Е - модуль упругость;

В, Н - ширина и толщина образца;

h - глубина слоя металла, стравленного с поверхности;

0- длина стравливаемого слоя. Прогиб fM3M- и напряжение 7ИЗм учитываются в конечном результате как постоянная систематическая ошибка.

L Компенсация изменения измерительного усилия со стороны измерительного наконечника 10 на образец 20 (фиг.4 величина ЛР) осуществляется предварительной настройкой элементов угла компенсации. Для этого подбирают угол /3 коромысла, т.е. угол между продольной осью микровинта 13 и плечом 15 коромысла, и перемещают грузики 14 по микровинту, до момента отрыва наконечника 10 от образца 20. Затем перемещают кронштейн 11 в вертикальном направлении вверх до тех пор, пока плечо 15 коромысла не займет горизонтальное положение за счет взаимодействия двух пар магнитов 16 и 18, обеспечивая им соосность, а система уравновесится. Затем, корректируя положение грузиков 14 на микровинте 13, добиваются создания необходимого гарантированного измерительного усилия РИзм со стороны измерительного наконечника 10 на образец 20.

в) При травлении прогиб f образца 20 вместе с наконечником 10 измерительным стержнем 9 и держателем 19 с первой парой магнитов 18 вызывает такое же перемещение второй пары магнитов 16, установленной на плече 15 коромысла Это приводит к развороту коромысла вокруг оси 12, изменению угла а и изменению, следовательно, момента, создаваемого грузиками 14 вокруг оси 12, при этом изменяется сила со стороны пары магнитов 16. действующая на пару

магнитов 18, держатель 19 и измерительный стержень 19, Таким образом, изменение усилия со стороны измерительного наконечника 10 при сжатии или растяжении возвратной пружины измерителя деформации 8 за счет перемещения f образца 20 компенсируется встречным изменением силы от момента, создаваемого грузиками 14 и изменяющегося при повороте коромысла.

При реализации этого устройства передача усилий от коромысла к держателю 19 через магниты обеспечивает устранение взаимных механических трений этих звеньев и повышает точность измерения остаточных напряжений. Кроме того, стабильность гарантированного измерительного усилия Ризм измерительного наконечника 10 на образец 20 позволяет учесть эту систематическую погрешность при расчете остаточных

напряжений и повысить точность контроля. Примером конкретного выполнения введенных магнитов 16 и 18 являются магниты из кобальт-самария, обладающие малым весом и создающие большие

магнитные поля. Фиксатор 17 в простейшем случае это винтовая пара с отверстием в винте, куда устанавливается ось 12. Крошн- тейн 11 может перемещаться относительно подвески 6 при исходной настройке аналогично перемещению зажима 7 микровинтом

Формула изобретения

Устройство контроля остаточных напряжений в образце, содержащее основание, жестко закрепленную перпендикулярно основанию стойку, установленную на стойке с возможностью перемещения вдоль нее каретку, жестко закрепленную на каретке подвеску, предназначенную для закрепления образца, жестко закрепленный на подвеске измеритель деформации с измерительным наконечником, узел компенсации усилия со

стороны измерительного наконечника на образец, выполненный в виде коромысла, первое плечо которого связано с измерительным наконечником, и груза, установленную на основании ванну с раствором травления,

предназначенным для погружения образца и катод, погруженный в раствор травления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет регулирования усилия, действующего со стороны измерительного наконечника на образец, оно снабжено кронштейном, установленным на подвеске параллельно стойке, осью, закрепленной в кронштейне параллельно основанию, держателем, жестко закрепленным на измерительном наконечнике, двумя парами

магнитов, одна из которых установлена на держателе, а вторая - на первом плече коромысла, каждый из магнитов первой пары направлен к соответствующему магниту второй пары одноименным полюсом, KODO6№/8

/9

ЖЖ

мысло установлено на оси с возможностью изменения относительно углового положения его плеч и фиксации, а груз установлен на втором плече коромысла с возможностью перемещения вдоль него.

/

Јиг. 3

4о

Фиг. 4

4