Устройство для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения
Полезная модель относится к испытательной технике для двухракурсного измерения фактической площади контакта в телах качения. Задача полезной модели заключается в получении двухракурсного изображения фактической площади контакта в продольном и поперечном направлениях в цифровой форме и быстрая обработка информации. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения, содержащем осветитель, корпус, опору, установленную в корпусе одним концом с возможностью перемещения, испытуемый образец, прикрепляемый на свободном конце опоры, механизм нагружения, закрепленный на корпусе с возможностью взаимодействия с опорой, контробразец с трапецеидальным сечением из оптически прозрачного материала, большее основание которого контактирует с поверхностью образца, располагаемый на корпусе с возможностью перемещения, согласно заявляемому техническому решению контробразец выполнен в виде усеченной призмы, нормаль к грани которой расположена вдоль радиуса вала, осветитель выполнен из двух оптических систем для освещения объекта по двум осям декартовых координат с эффектом внутреннего отражения, два идентичных матричных фотодетектора каждой из двух оптических систем выполнены с возможностью записи цифровых изображений и их компьютерной численной обработки. Источник света в осветителе выполнен в виде лазерного излучателя. Контробразец в виде усечённой призмы может быть выполнен с одной парой граней с углом больше 42 градусов, а с другой парой меньше 42 градусов. Основание контробразца выполнено с площадью, меньшей площади поверхности испытуемого образца.
Полезная модель относится к испытательной технике для двухракурсного измерения фактической площади контакта в опорах.
Известен прибор для регистрации отпечатков пальцев (Харрик Н. Стереоскопия внутреннего отражения. Изд-во «Мир» М, 1970, стр.15), который содержит призму, источник света, линзу, зеркало, фотокамеру. В основе прибора применен метод нарушенного полного внутреннего отражения света. Однако этот прибор не позволяет получить двухракурсное изображение фактической площади контакта, например, в продольном по скорости скольжения и поперечном направлениях.
Известны приборы (устройство из а.с.
112851, МПК G01N 19/02) и (Демкин, Н.Б. Трение, изнашивание и смазка. Спр. кн. 1, М.:
Машиностроение, стр.39-43), где имеются шероховатые поверхности образца, призма из оптически прозрачного материала, на гипотенузную грань которой падает пучок света под углом больше предельного. В таких приборах также невозможно получение двухракурсного изображения фактической площади контакта.
Наиболее близким устройством (прототипом) является устройство для определения фактической площади контакта (А.с. 1227994, МПК G01N 19/02, опубл. 1986, БИ 16). Это устройство содержит корпус, установленную в нем одним концом с возможностью вращения и осевого перемещения опору, прикрепляемый на свободном конце опоры испытуемый образец, закрепленный на корпусе с возможностью взаимодействия с опорой механизм осевого нагружения, располагаемый на корпусе соосно с опорой контробразец из оптически прозрачного материала, установленный на корпусе со стороны образцов соосно с опорой с возможностью осевого перемещения микроскоп и осветитель, образец и контробразец выполнены в виде обойм подшипников, контробразец с трапецеидальным сечением в радиальном направлении, большее основание которого контактирует с соответствующей поверхностью образца, а осветитель выполнен кольцевым, установлен концентрично с контробразцом и охватывает его. Данное устройство не позволяет получить цифровое двухракурсное изображение фактической площади контакта и быстро достоверно обрабатывать результаты при наличии разной фактуры, отражения по двум направлениям (продольных и поперечных неровностей, шероховатость в направлении скольжения неизмеримо меньше шероховатости в перпендикулярном направлении, т.к. неровности в виде эллипсоида вытянуты в направлении скольжения).
Задача полезной модели заключается в получении двухракурсного изображения фактической площади контакта в продольном и поперечном направлениях в цифровой форме и быстрая обработка информации.
Технический результат заключается в получении цифрового двухракурсного изображения фактической площади контакта за счет усеченной призмы и двух оптических систем.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения, содержащем осветитель, корпус, опору, установленную в корпусе одним концом с возможностью перемещения, образец, прикрепляемый на свободном конце опоры, механизм нагружения, закрепленный на корпусе с возможностью взаимодействия с опорой, контробразец с трапецеидальным сечением из оптически прозрачного материала, большее основание которого контактирует с поверхностью образца, располагаемый на корпусе с возможностью перемещения, согласно заявляемому техническому решению контробразец выполнен в виде усеченной призмы, нормаль к грани которой расположена вдоль радиуса вала, осветитель выполнен из двух оптических систем для освещения образца по двум осям декартовых координат с эффектом внутреннего отражения, два идентичных матричных фотодетектора каждой из двух оптических систем выполнены с возможностью записи цифровых изображений и их компьютерной численной обработки. Осветитель выполнен в виде лазерного излучателя. Контробразец может быть выполнен с одной парой граней с углом больше 42 градусов, а с другой парой меньше 42 градусов. Контробразец выполнен с площадью, меньшей площади поверхности испытуемого образца.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг.1 - фиг.3. На фиг.1 показана схема устройства для двухракурсного определения фактической площади контакта, на фиг.2 - оптическая схема устройства (вид сверху), на фиг.3 - вариант исполнения образца и контробразца.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - корпус, 2 - подвижная в осевом направлении втулка, 3, 4 - подшипники, 5 - вал, 6 - приводной двигатель, 7 - образец, 8 - механизм осевого нагружения, 9 - держатель, 10 - контробразец, 11 - кронштейн, 12 - осветитель в виде источника монохроматического излучения, 13 - осветительная линза, 14 - объектив, 15 - щель, 16 - поворотное зеркало, 17 - фотодетектор, 18 - компьютер с монитором.
Устройство для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения содержит корпус 1, опору, выполненную в виде подвижной в осевом направлении втулки 2 и вала 5, установленного в корпусе 1 на подшипниках 3, 4, связанный с валом 5 приводной двигатель 6, испытуемый образец 7, выполненный в виде шара или цилиндра закрепляемый на свободном конце вала 5 опоры, механизм осевого нагружения 8, закрепленный на корпусе 1 с возможностью взаимодействия с втулкой 2, и контробразец 10, закрепляемый с помощью держателя 9 на кронштейне 11 и корпусе 1. Контробразец 10 с трапецеидальным сечением выполнен в виде усеченной призмы из оптически прозрачного материала с парой граней углом больше 42 градусов. Большее основание контробразца 10 контактирует с поверхностью образца 7, установленного на валу 5 с возможностью углового перемещения и нормалью боковой грани призмы вдоль радиуса вала 5. Устройство для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения также включает кронштейн 11 на корпусе 1 с установленным осветителем в виде источника монохроматического излучения 12 (например, лазерного излучателя) и двух одинаковых оптических систем для освещения объекта по двум осям декартовых координат с эффектом внутреннего отражения, каждая из которых выполнена в виде последовательно расположенных осветительной линзы 13, объектива 14, щели 15, поворотного зеркала 16 и фотодектора 17 в виде матрицы ПЗС-камеры и компьютера с монитором 18. Матричные фотодекторы 17 выполнены с возможностью записи цифровых изображений и их компьютерной численной обработки.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии испытуемый образец 7 установлен на свободном конце вала 5, а контробразец 10 с двумя гранями призмы, установлен по радиусу вала 5 на держателе 9 и кронштейне 11, который закреплен на корпусе 1. С помощью механизма 8 осевого нагружения прижимают рабочие поверхности образца 7 и контробразца 10 друг к другу с заданным усилием. При измерении фактической площади контакта включают источник монохроматического излучения 12 и падающий пучок света формируют микрообъективом 14, щелью 15, поворотным зеркалом 16 и направляют по нормали к боковой поверхности призмы 10 и распространяют под углом полного внутреннего отражения к нижнему основанию призмы. Осуществляют настройку оптических систем, при этом с помощью фотодектора 17 наблюдают на мониторе 18 темные локальные участки фактической площади контакта на светлом фоне плоскости изображения. Затем включают фотодекторы 17 в виде ПЗС-камеры (CCD) типа VS-STT-259 и через компьютер изображение подают на монитор 18, где наблюдают двухракурсную совокупность черных и белых пятен разного размера, расположенных произвольно рядом друг с другом и обусловленных нарушенным полным внутренним отражением в области физического контакта. По размерам изображения пятен области физического контакта поверхности образца с гранью призмы определяют фактическую площадь контакта в телах качения.
При исследовании деформированного состояния в близи зоны контакта используют метод координатных сеток (Колмогоров В.Д. «Механика обработки методов давлением М.: Металлургия, 1986. с.428), то есть призму выполняют с одной парой граней с углом больше 42 градусов, а с другой парой меньше 42 градусов, а на площади контактирующей с поверхностью образца 7 наносят координатную сетку. Оптическая система через призму с гранями больше 42 градусов регистрирует ФПК, а с гранями меньше 42 градусов искажение квадратной декартовой сетки, следовательно, деформированное состояние вне зоны ФПК.
Компьютер осуществляет поочередное или одновременное подключение одной из ПЗС матриц фотодектора 17 к своему входу и численную обработку числа пятен фактического контакта, их средней плотности и среднего расстояния между ними. При необходимости включают двигатель 6 и обеспечивают относительное вращение образца 7 и контробразца 10.
В результате появляется технический результат - определение фактической площади контакта для анизотропных и криволинейных поверхностей за счет усеченной призмы и двух оптических систем.
1. Устройство для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения, содержащее осветитель, корпус, опору, установленную в корпусе одним концом с возможностью перемещения, образец, прикрепляемый на свободном конце опоры, механизм нагружения, закрепленный на корпусе с возможностью взаимодействия с опорой, контробразец с трапецеидальным сечением из оптически прозрачного материала, большее основание которого контактирует с поверхностью образца, располагаемый на корпусе с возможностью перемещения, отличающееся тем, что контробразец выполнен в виде усеченной призмы, нормаль к грани которой расположена вдоль радиуса вала, осветитель выполнен из двух оптических систем для освещения образца по двум осям декартовых координат с эффектом внутреннего отражения, два идентичных матричных фотодетектора каждой из двух оптических систем выполнены с возможностью записи цифровых изображений и их компьютерной численной обработки.
2. Устройство для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения, отличающееся тем, что осветитель выполнен в виде лазерного излучателя.
3. Устройство для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения, отличающееся тем, что контробразец выполнен с одной парой граней с углом больше 42°, а с другой парой меньше 42°.
4. Устройство для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения, отличающееся тем, что контробразец выполнен с площадью основания, меньшей площади поверхности испытуемого образца.
