Способ измерения шероховатости плоской поверхности

Способ измерения шероховатости плоской поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (г9) (I I) ГОСУДАР СТВ Е 1+)Ы и КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0с V

М

М

О (21) 4631294/28 (22) 04.01.89 (46) 23.08.91. Бюл, М 31 (71) Ленинградская лесотехническая академия им. С,М.Кирова (72) В.Ф.Лукашевич, Г,К.Дейко и В.В.Сметанин (53) 620, 178. 16(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

t4 1281881, кл. G 01 В 13/22, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам определения шероховатости и контроля качества поверхности. Цель иэобретения— повышение точности и надежности измерения путем подавления фрикционных автоколебаний трогания полэуна. 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

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам контроля шероховатости плоских поверхностей или поверхностей листовых материалов, и может быть использовано для определения шероховатости бумаги и картона, а также для контроля частоты поверхности, Целью изобретения является повышение точности и надежности измерений путем подавления фрикционных автоколебаний трогания ползуна.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.2— (э))з G 01 В 13/22, G 01 N 3/56 внешнего генератора с подстраиваемой частотой, э амплитуду сигнала модулируют по пилообразному закону от управляющего генератора. B момент компенсации силы трения покоя в фазе нарастания пилообразного напряжения сигнала ползун начинает соскальзывать по образцу беэ толчков и этот момент фиксируется с помощью фотоэлемента, включающего регистрирующий вольтметр, Отсчитанная вольтметром однозначная величина сигнала в момент пуска полэуна в скольжение используется для определения шероховатости образца по тарировочным номограммам повышенной точности и достоверности благодаря отсутствию 3 фрикцион них автоколебаний полэуна при тарировке с присущей им хаотичностью частотного спектра, Сообщаемые ползуну колебания на его резонансной частоте обеспечивают вибростойкость процесса иэмере- 2 ний, что особенно важно в цеховых условиях. 2 ил. временные диаграммы силы трения ползуна QQ о контролируемую поверхность в момент трогания, Устройство состоит из контролируемой

° ВВЙ плоской поверхности 1, например бумаги или картона, закрепленной на наклонной к горизонтальной поверхности плоской плите

2, на поверхности 1 беэ укрепления собственной силой тяжести покоится ползун 3 калиброванной массы с жестко закрепленным в нем электромеханическим вибратором 4, например, магнитострикционного типа. Вибратор 4 электрическими провода1672208

15 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 полэуна 3 ниже его контролируемой поверхности 1 расположена трасса светового луча фотоэлемента. На фиг.1 для простоты показан только фотодиод 8 фотоэлемента, а светодиод не показан. Фотодиод 8 через выключатель, например геркон 9, через усилитель мощности связан с пусковым триггером быстродействующего регистрирующего вольтметра 10.

Способ реализуется следующим образом.

Полэун 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 полэуна сдвинуться вниз по образцу, последующий максимум или остановит полэун, 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 линеаризация осуществляется известными методами, хорошо изученными при конструировании отклоняющих систем телевизионных кинескопов. Переведенный из состояния покоя в состояние вьгйужденных 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

55 сигнала нэ выходе усилителя 6, приведшего к пуску ползуна.

При калибровке полэуна 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 полэуна 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 полэуна позволяет при тарировке строить зависимости шероховатости от напряжения сигнала повышенной точности.

По известному способу эти зависимости бйли нелинейными, подчиняющимися квадратичному закону. По сравнению с известным манометром современные вольтметры обладают повышенной от 1,5-4 до 0,1 )ь точностью (ротаметры измерений по Бендсену имеют точность 1-3,3 ), Основным преимуществом описанного способа по сравнению с известным является гарантированная однозначность отсчета сигнала в момент трогания ползуна благодаря эффективному подавлению фрикционных автоколебаний (фиг.2, приближение F с> к Fa>.).

Диаграммы (фиг.2) описывают в статике мгновенное отображение фрикционных автоколебаний полэуна и переходного процесса пуска в виде зависимостей силы трения F полэуна об контролируемый образец (в граммах) от времени (в миллисекундах), Fc> — сила трения ползуна в начале его скольжения для предлагаемого способа; Fc T — 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 полэуна обозначена Ед . Для наглядности предполагается, что массы полэунов в обоих случаях одинаковы, Для упрощения дальнейшего анализа динамики переходного процесса временные колеба1672208 ния сиды трения F изображены периодическими и с одинаковой частотой для обоих случаев, хотя фрикционные колебания полэуна, 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, фрикционн ых автоколебаний переходного процесса, звук которых представляет собой хаотический шум без стабильныхх 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 являютвя связанной автоколебательной системой, Замена тяжелого и малоподатливого шланга сжатого воздуха практически невесомыми проводниками позволяет существенно снизить и погрешности калибровки статической массы ползуна, В отличие от известногоспособа и метода

Бендсена весь процесс измерений, за исключением 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 пол эуну сообщаются колебания преимущественно на его собственной

5 резонансной частоте, описанный способ обеспечивает повышенную виброэащиту измерений в условиях любых цехов бумагоделательного, металлообрабатывающего и других производств, что также способствует

10 надежности измерений. В отличие от иэвстного способа и прибора Бендсена опи-, санная реализация способа позволяет измерять поверхности даже гладких материалов — лучших сортов бумаги и стекла

15 оптических приборов взамен дорогостоящих и трудоемких в эксплуатации оптических и СВЧ-интерферометров.

Формула изобретения

Способ измерения шероховатости пло20 ской поверхности, заключающийся в том, что исследуемую поверхность располагают под острым углом к горизонту, на нее устанавливают ползун, подают плавно увеличивающееся усилие, компенсирующее силу

25 трения покоя ползуна, в момент начала скольжения ползуна производят отсчет величины этого усилия и по тарировочным зависимостям определяют шероховатость поверхности, отличающийся тем, что, 30 с целью повышения точности и надежности измерений путем подавления фрикционных автоколебаний трогания полэуна, ползуну сообщают вынужденные колебания, частоту которых выбирают равной собственной ре35 эонансной частоте ползуна, а амплитуду ко лебаний плавно увеличивают.

1672208

Составитель Н,Елисеев

Редактор Л.Гратилло Техред М,Моргентэл Корректор С.Шевкун

Заказ 2829 Тираж 361 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101