Способ определения деформаций иперемещений поверхности об'екта и устройстводля его осуществления

Способ определения деформаций иперемещений поверхности об'екта и устройстводля его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ

«ii815486 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 29. 06. 79 (21) 2788686/25-28 с присоединением заявки Но(23) Приоритет

Опубликовано 230381. Бюллетень М 11

Дата опубликования описания 23. 03. 81

Р11 М. КЛ.

G 01 В 11/16

Государственный комитет

СССР

Ilo делам изобретений и открытий (53) ПЖ 531. 781. 2:

: 539. 3 (088. 8) (72) Автор .изобретения

А. И. Беседин :.".il .

Новосибирский электротехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измери.тельной технике и может быть исполь зовано при исследовании напряженнодеформированного состояния деталей машин, конструкций, сооружений и взаим .ого перемещения их элементов.

Известен способ определения деформаций и перемещений, заключающийся в том, что на поверхность объекта наносят растровые сетки, после нагружения объекта деформированную сетку анализируют путем многосрочного сканирования приемником лучистой энергии, полученный сигнал вместе с параметрами сканирования ввдят в ЭВМ 15 и обрабатывают по заданной программе.

В нем освещают сетку, которая проецируется на исследуемое изделие. 20

Отражаясь от поверхности иэделия, изображение сети попадает с помощью другого объектива на растр приемника лучистой энергии. Если ось проецирования сети на изделие и ось приемника 25 расположены под,некоторым углом друг к другу или, если исследуемая поверхность изделия деформирована, изображе— ние сетки на приемнике образует с растром приемника муаровые полосы. Выход- 30 ной сигнал с приемника подается в ЭВМ для обработки по заданной программе.

Одновременно в 3ВМ вводится информация о параметрах сканирования в заданном .угле. После обработки результаты сравнивают с эталоном и могут испольэовать для исполнения нужной команды или индикации (1).

Однако способ не позволяет измерить жесткие перемещения и деформации протяженных труднодоступных поверхностей объекта, находящегося в тяжелых условиях эксплуатации, так как затруднительно проецировать сетку на протяженную поверхность через среду с малой прозрачностью, а также в связи с тем, что измерительная аппаратура и исследователь должны находиться вблизи исследуемой поверхности.

Известно устройство для определения деформаций и перемещений поверхности объекта, состоящее из двух световодов, монохроматического источника света, световой поток от которого направляют в световоды, на конце которых измерительным устройством определяют суммарный световой поток. По интенсивности суммарного светового потока определяют

815486 величину деформации жестко закреплеH. ного участка одного из световодов, а, следовательно, и деформацию исследуемого тела (2).

Однако устройство не повзоляет измерять большие жесткие перемещения и деформации протяженных поверхностей, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации, так как опти— чески чувствительные волокна одновременно чувствительны к механическим и к температурным воздействиям.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения деформаций и перемещений поверхности объекта, заключающийся в том, что на поверхность объекта наносят фоточувствительный .слой, выполняющий роль рабочих растровых сеток, сравнивают их с изображением эталонных растровых сеток, после нагружения объекта вновь сравнивают изображения деформированных сеток с эталонными сетками в раст— ровых сопряжениях и по полученной картине муаровых полос судят о деформации и перемещениях на поверхности объекта 3 ).

Недостаток способа — отсутствие возможности измерения деформаций и перемещений поверхностей объекта, удаленных друг от друга на значительное расстояние, так как сделать приемн..=. торец световода бесконечно бельем..:. невозможно.

На...лс . лее близким по технической

::ущ -.:с. и к предлагаемому является устройство для определения деформа дий и перемещений поверхности объекта, содержащее приемный световод, растровые сопряжения, включающие эталонные сетки и рабочие сетки, связанные с приемным световодом блок сканирования и схему обработки информации. Световод в устройстве выполнен так, что один его торец выполнен по форме поверхности объекта.

Устройство содержит также кольцевую шторку и объектив с щелевой диафрагмой. Отслеживание торца световода производится с помощью кольцевой шторки (4 ).

Недостаток устройства — отсутствие возможности измерения деформаций и перемещений объектов при исследовании напряженно-деформированнМ.о состояния протяженных труднодоступных и удаленных на значительное расстояние от регистрирующей аппаратуры исследуемых поверхностей, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации, так как в нем объектив, шторка и значительного сечения световод расположены в непосредственной близости от исследуемой поверхности, и определение деформаций производится только в одной ограниченной зоне.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

Измерительных к ан алов, в состав которых входит приемный световод 1 с сетками 2 и передающие световоды

4 с эталонными сетками 3, может быть несколько, а остальные элементы устройства - в единичном экземпляре.

Поставленная цель достигается тем, что в способе после нанесения на поверхность объекта рабочих сеток поочередно освещают растровые сопряжения сеток с помощью передающих световодов, муаровые полосы

5 ориентируют параллельно оси приемного световода и проецируют их в приемный световод через era боковую поверхность, а растровые сопряжения освещают.передающим световсдом с его

1О торцовой и боковой поверхностей.

Устройство для осущес-. вления способа снабжено передающим световодом, связанным .с эталонными сетками, и приемным световодом, каждый световод выполнен ленточным, а схема обработКи информации связаны с приемным световодом.

На чертеже изображено устройство определения деформаций и перемещений поверхности объекта.

Устройство состоит из приемного ленточного волокнистого световода 1, рабочих сеток 2., эталонных сеток 3, передающих ленточных световодов 4, элементов 5 связи, блока 6 сканирования с осветителем 7 и схемы обработки информации в виде дешифратора

8 и ЭВМ 9„ цифровой управляющий в::од которой соединен с выходом дешифратора 8, вход которого соединен

30 со свободным концом приемного светОвода 1, вход запуска ЭВМ соединен с блоком 6 сканирования. Световоды

1 и 4 закрыты обтекателем 10, при- крепленным к исследуемой поверх35 ности объекта 11, защищающим их от внешних воздействий и обеспечивающим плотное прилегание сеток.

Приемный световод 1 несет на своей боковой поверхности элементы 5

4О связи, например в виде матированных участков световода, и рабочие сетки

2, нанесенные, например, вакуумным способом, на матированные участки световода. На одном конце на боковой поверхности передающего ленточного световода 4 расположены эталонная сетка 3 с элементом 5 связи, а на другом — элемент 5 связи, который оптически связàí с блоком

6 сканирования. Передающий световод

4 размещен на приемном световоде 1 с совмещением сеток 4 и связан с ним на заданном расстоянии от сеток.

Эталонную сетку 3 передающего световода 4 можно закреплять с некоторым напуском над его торцом,обеспечивая освещение растровых сопряжений передающим световодом с его торцовой и боковой поверхностей.

815486!

20

Элементы 5 связи на световодах получают путем травления их поверхностей кислотами или же пескоструйной обработкой.

Определение перемещений поверхностей объекта производят следующим образом.

Растровое сопряжение,,образуемое рабочими сетками 2, нанесенными на поверхность объекта, и эталонными сетками 3 является своего рода оптическим индикатором перемещения.Передающий 4 и приемный 1 световоды жестко соединены между собой на заданном расстоянии от растрового сопряжения. Передающий световод ужесточают, например, путем его наклейки на стальную пластину, если исследуемая поверхность стальная,т.е. необходимо учитывать температурные коэффициенты линейного расширения исследуемой поверхности и пластины.

Сравнивают рабочие растровые сетки с изображениями эталонных растровых сеток.

Для определения перемещения на заданной поверхности объекта блоком 25

6 сканирования от источника света поочередно освещают торец и элемент

5 связи передающего световода 4, т.е. освещают растровые сопряжения сеток с передачей информации о за- 0 светке на вход запуска ЭВМ 9. На другом конце передающего световода

4 через элемент 5 связи торец световода 4 проходит через растровое сопряжение. После нагружения объекта

11 вновь сравнивают изображение деформированных сеток с эталонными сетками в растровых сопряжениях, получают картину муаровых полос, параллельных оси приемного световода 1, соориентированных путем со- 40 ответствующего выбора направлений линии сеток и их взаимным расположением. Линии сеток 2, например, должны быть почти перпендикулярны оси приемного световода 1, а линии 45 эталонных сеток 3 при их наложении на сетке 2 должны быть почти парал-. лельны линиям сеток 3. При этом перемещения определяют вдоль оси приемного световода 1. Муаровые полосы про- 50 ецируются в приемный световод 1, а их профильное изображение на торце приемного световода расшифровывают дешифратором 8, сигналы от которого пОступают на цифРОВОЙ упраВляющий 55 вход ЭВМ 9, в памяти которой зафиксировано начальное положение полос и, .кроме того, в память ЭВМ заранее вводят информацию о шаге муаровых полос конкретного растрового сопряжения.

Если исследуемая поверхность объекта 60

11 на измерительной базе станет удлиняться или же укорачиваться, то сетка 2 по отношению к эталонной сетке 3 станет перемещаться в направлении оси приемного светово- 65 да 1, а муаровые полосы будут перемещаться перпендикулярно оси приемного световода 1. Причем количество полос, которое проходит через любую точку растрового поля, равно количеству штрихов движущейся сетки, которые прошли эту же самую точку. С помощью дешифратора 8 и ЭВМ 9 производится считывание полос, проходящих любую фиксированную точку и получают значения перемещения точки исследуемой поверхности, выраженное через число шагов сетки. Зная перемещение на заданной базе, в ЭВМ 9 производится вычисление деформаций, определяется радиус кривизны поверхности и, при необходимости, величины нагрузок при условии, что в память были введены необходимые для расчета параметры, например, проведенная жесткость., геометрические характеристики сечений, информация о деформации противоположной поверхности исследуемого объекта конструкции и др. В ЭВМ может производиться и статистическая обработка информации.

При этом часть информации может быть введена на индикаторное устройство.

При определении деформаций поверхности объекта крепят между собой световоды 1 и 4 в непосредственной близости от сеток 2 и 3, что уменьшает измерительную базу до равной длине сеток. Деформация сетки 2 вызывает изменение шага линий сетки, что приводит к появлению муаровых полос или же, в случае применения сеток с равным шагом линий, к изменению шага муаровых полос. Зная их, можно описанным методом определить деформацию в точке крепления растрового сопряжения. для определения угловых деформаций муаровые полосы могут быть полу чены с применением радиальных сеток и комбинациями других видов сеток.

При этом необходимо соблюдать основное условие, при:котором муаровые полосы должны быть параллельны оси приемного световода или же быть в ви- де пятна, не превышающего всю ширину ленты приемного световода, которое должно перемещаться поперек приемного световода.

Поочередное освещение растровых сопряжений с помощью передающих световодов, ориентация муаровых полос параллельно Оси приемного световода, проецирование их в приемный световод через его боковую поверхность, освешение растрового сопряжения передающим световодом с его торцовой и боковой поверхностей, для чего устройство снабжено ленточным передающим световодом, связанным с эталонными сетками, и ленточным приемным световодом, который связан со схемой обработки информации, позволчет расширить функциональные возможности за

815486 счет возможности определения деформаций и перемещений протяженных труднодоступных и удаленных на значительное расстояние от измерительной аппаратуры исследуемых поверхностей, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации. Кроме того, способ и устройство позволяют определять деформацию и перемещения поверхностей объективов, удаленных друг от друга на значительное расстояние.

Формула изобретения

1. Способ определения деформаций и перемещений поверхности объекта., заключающийся в том, что на поверхность объекта наносят рабочие растровые сетки, сравнивают их с изображением эталонных растровых. сеток, що после нагружения объекта вновь сравнивают изображение деформированных сеток с эталонными сетками в раст- ровых сопряжениях и по полученной картине муаровых полос судят о деформации и перемещениях на поверхности объекта, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, после нанесения на поверхность объекта рабочих сеток,.поочередно освещают растровые сопряжения сеток с помощью пере дающих световодов, муаровые полосы ориентируют параллельно оси приемного световода и проецируют их в приемный световод через его боковун поверхность.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что растровые сопряжения освещают передающим световодом с его торцовой и боковой поверхностей.

3. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее приемный световод, растровые сопряжения, включающие эталонные сетки и рабочие сетки, связанные с приемным световодом, блок сканирования и схему обработки информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что; с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено передающим световодом, связанным с эталонными сетками, и приемным, каждый световод выполнен ленточным, а схема обработки информации связана с приемным световодом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дюрелли А., Паркс В. Анализ деформации с использованием муара.

М., "Мир", 1974, с. 148-152.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 195688, кл. G 01 В 11/16, 1966.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 439695, кл. G 01 В 11/16, 1972 (прототип).

4. Авторское свидетельство СССР

Р 497470, кл. G 01 В 11/16, 1974 (ирл отип).

815486 ;оставитель Р. Райнутдинова

Редактор B. Еремеева Техред A.Áàáèíåö Корректор Л.Иван

Заказ 1011/бб Тираж б 42 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11-3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент™, г. Ужгород, ул-. Проектная, 4