Устройство для измерения волнистости

 

ОПИСАНИЕ,®

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250581 . (21) 3292045/25-28 ($)j b4. Кд.з

Q 01 В 5/28 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 1 50383. Бюллетень № 1 0

Дата опубликования описания 15.03 .83 (ЗЗ)УДК 53l.717 (088.8) (72). Авторы изобретения

В.П. Богданов, Е.В. Подсосов и Е.В. Афанас (71) Заявитель

Калининский филиал Всесоюзного научноисследовательского института вагоностроения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛНИСТОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике, а.именно к средствам для измерения неплоскостности и не.-. прямолинейности поверхностей, Известны .устройства для измерения непрямолинейности, содержащие измерительную каретку с двумя расположенными по концам базовыми опорами, из-: меритель, размещенный в средней час ти каретки, интегратор и отсчетнорегистрирующую часть (1).

Недостатком таких устройств является низкая точность измерения волнистости с шагом, равным или меньшим длины измерительной каретки, вследствие фазовых искажений разностной функции измерения, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения волнистости f2) в заданном диапазоне длин волн от до ЬВ, содержащее измерительную каретку с расположенйыми по концам базовыми опорами, расстояние между которыми составляет базовый отрезок, преобразователь, закрепленный между опорами и смещенный от середины базового отрезка на четвертую часть среднего гармонического из верхней и нижней границ диапазона длин волн, при базовом отрезке, превышакхцем в целое нечетное число раз удвоенну1о величину упомянутого смещения, и вычислительно регистрирующую часть со средствами прямого и обратного преобразователя Фурье. Отношение дли- . ны .базового отрезка к удвоенноф вели.чине смещения является ближайшим нечетным целым к вычисляемому из выра ражения н

К = i 113 (>Н ) 0,бааз.

В

Это устройство обеспечивает достаточную точность в середине диапазона, однако на краях диапазона длин волн точность снижается, поскольку модуль передаточной функции устройства близ упомянутых границ остается много меньшим единицы.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Цель достигается за счет того, что устройство снабжено одним или несколькими дополнительными.преобразователями, установленными на измерительной каретке с шагом, равным удвоенной величине смещения основного преобразователя от середины базового отрезка, и сумматором сигналов всех

О преобразователей.

1004744

Эффект изобретения усиливается, если нечетное число, выражающее отношение длины базового отрезка к удвоенной величине смещения основного преобразователя от середины базового отрезка,, является ближайшим к вычисляемому иэ выражения о,6Ж

К 0,481 (" )

1О а число п преобразователей определяется из неравенства

ВК (К-1) 3-и 2л

К-1

2(Ли+ Лб) а остальные размещены последовательно с шагом 26.

Устройство содержит также преобразователь 7 пути измерительной ка ретки, соединенный с одной иэ базовых опор, сумматор 8 сигналов измерительных преобразователей, дискретиэатор 9 с блоком промежуточной памяти, блок 10 прямого преобразования 55

Фурье, блок 11 передаточной функции, блок 12 обратноГо преобразования

Фурье и регистрирующую часть 13, Устройство работает следующим образом. 60

В блок 11 передаточной Функции заносят значения передаточной функ» ции, вычисленной .для данной конфигурации устройства. Измерительные преобразователи 4, 5 и 6 предварительно 65 где Лн и Л8 — нижняя и верхняя.границы диапазона длин волн„

E — требуемое минимальное значение модуля передаточной функции)

К вЂ” отношение длины базово. го отрезка к удвоенной величине смещения пер вого преобразователя .от середины базового отрезка.

На Фиг. 1 дано схематическое иэображение устройства; на Фиг.2— график изменения модуля передаточной 30 функции для одной из реализаций уст ройства.

Устройство для измерения волнистости содержит измерительную каретку 1 с базовыми опорами 2 и 3, раэме-35 щенными по концам измерительной каретки. Расстояние L между осями базовых опор составляет базовый отрезок. На измерительной каретке между базовыми опорами размещено несколько,40 например три, измерительных преобразователя 4,5 и 6, из которых первый смещен, от середины базового отрезка на величину

Л„ Л, 45 настраивают на нуль по образцовой плите, после чего устройство готово к работе. Измерительную каретку 1 устанавливают в начале трассы и перемещают вдоль нее. Для перемещения каретки используют механический привод (не показан). Сигналы всех преоб- разователей (в рассматриваемом случае преобразователей 4, 5 и 6) суммируются в блоке-сумматоре 8, образуют сигнал раэностной функции и поступают в дискретнзатор 9. Сюда же поступают сигналы от преобразователя пути 7, которые с заданным шагом квантования преобразуют аналоговый сигнал сумматора 8- в числовой и запоминают последовательность полученных значений в зоне буферной памяти блока 9. Шаг квантования должен быть таким, чтобы достоверно .выявлялась гармоническая составляющая измеряемой погрешности.с наименьшей длиной волны. Практически достаточно сде.лать шаг квантования .меньшим четверти длины волны, соответствующей верхней границе диапазона измерения.

Блок 10 прямого преобразователя

Фурье выполняет анализ полученных данных и находит спектр сигнала раз ностной функции, после чего делит их на значения передаточной функции, хранящейся в блоке 11 (все преобразования ведутся в форме комплексных чисел, что позволяет определить как амплитуду, так и фазу сигнала). Полученный таким образом спектр сигнала первообразной Функции передают в блок 12 обратного преобразования

Фурье, который восстанавливает первообразйую функцию и передает ее в регистрирующую часть 13 для вывода в виде таблицы или графика.

Для устройства с несколькими преобразователями, размещенными вдоль измерительной каретки с постоянным шагом, равным 2а,передаточная функция имеет вид: р {м)= — " ((".:" ")»

»exp{i (J+(2»»<)a))»ff Ап:.139), 2 2 где n — число преобразователей а — смещение первого преобразователя от середины длины ? базового отрезка.

Точность измерения с помощью устройства для измерения волнистости будет тем выше, чем большим будет минимальное значение модуля передаточной Функции.

Эти минимальные значения в зависимости от числа измерительных преобразователей и диапазона измерения (от1 0047-4 4

0 3 51 = 2 44 и Э

6,2 которое следует округлить до и = 3.

Условию и Ъ не

KK (к-1) Ъ5п К

2 противоречат и значения параметров

К = 53 и К = 55. Любое иэ этих трех значений может быть принято для конструирования. Следует помнить, что с увеличением К несколько расширяется диапазон длин волн контролируемых погрешностей, но уменьшается точность. Окончательный выбор пара" метров можно сделать по таблице.

При К = 53 диапазон длин волн сос тавляет 192, а минимальное значение модуля передаточной функции » 0,34768.

Длина базового отрезка в этом случае составляет

L = 2 ° 53 0,012438 = 1,318428 м.

По той же таблице можно установить, что при трех преобразователях точность устройства возросла вдвое по сравнению с -однопреобразовательным устройством (К = 37!lG(i555))д,„.„

= 0,16895) .

Кроме того, с увеличением числа преобразователей уменьшается влияние случайной ошибки, поскольку сигнаЛы преобразователей усредняются. н / (в 2(1(2 ) Лн/Л з(- ) 85 0,44710

120

О, 23045

0,21484

0,20120

0,18917

0,17849

0,16895

0,16037

0,63501

134

77 0,59933

95 0,41861

105 0,39338

115 0,37090

126 0,35077

148

О, 56680

162

0,53716

177

102

195

137 0,33266

121

211

149 0,31628

160 0,30140

228

0,15261

130

0,14557

0,13915

245

17 2 О, 28783

140

185 0,27542

262

150

0,13326

197 0,26401

280

160

0,12786

0,12287

0,11826

0,11398

210 0,25350

223 0,24403

237 0,23477

299

171

318

181

336

192

250

О, 22658

356

203 ношения Л / ЛЗ) приведены в таблице.

В этой же таблице указано число

К

2а

При заданном мниимальном значе-. нии модуля передаточной функции !

Ст(iw )1(В(параметр К, характеризующий отношение длины базового отрезка-к удвоенной величине смещения первого преобразователя, а также 10 необходимое число и преобразователей может быть найдено ab следуицим эмпирическим формулам:

К 0,481 (Ли/Лб ) ЗВЕ .В качестве примера рассмотрим устройство для измерения волнистости с 2О диапазоном )((q/ )(8 200 (3н 5 м1

Аз 0 025 м) и минимальнюв значением, модуля передаточной функции Я 0,3.

Величина смещения а первого преоб,разователя от середины базового отреА5 ка составляет

II"В 5 0 025 .2 (Вн +20.) . 2 (5+0,025

О 012438 м. . 30

Параметр К составляет

К О 481, 200.(0 3),5 Ь 5

К Лн/As О. (М55) а число пресбразователей

О, 51015

D 48550

0,46294

0,44226

0,42325

0,40573

0,38955

0,37455

0,36063

0,34768

0,33560

1004744

Продолженте таблицы

ЛН/Л8 G„(iw) л„ул н з ъ "1

265

376

279

293

395, 59

417

308

437

323

459

338

480

353

502

525

369

0,25521

385

313

546

Формула изобретения не смещения основного преобразователя от середины базового отрезка, является ближайшим к вычисляемому из выражения

К = 0,481 (Лн/Л ) а число п преобразователей определяется иэ неравенства

ЕК и 7р

К - 1 где Лн и A — нижняя и верхняя границы диапазона длин волн

Š— требуемое минимальное значение модуля передаточной функции; . К вЂ” отношение длины базового отрезка к "удвоенной величине смещения первого преобразователя от серединЫ базового отрезка.

Источ ник и и нфо рмации, принятые во внимание при экспертизе

1. Медянцева Л. Л. Контроль прямолинейности. и плоскостности поверхностей. М., Изд-во стандартов, 1972, с. 85"87.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2903222/25-28, кл. G 01 В 5/28, 1980 (прототип).

0,11000

0,10628

0,10281

0,09956

0,09650

0,09363

0,09093

0,08837

0,08596

1. Устройство для измерения волнистости, содержащее измерительную каретку с расположенными по концам базовыми опорами, расстояние между ко- ЗО торьми составляет базовый отрезок, преобразователь, закрепленный между опорами и смещенный от середины базового отрезка на четвертую часть среднего гармонического иэ верхней и ниж-35 ней границ диапазона длин волн, при базовом отрезке, превышающем в целое нечетное число раз удвоенную величину упомянутого смещения, и вычислительно-регистрирующую часть со средствами прямого и обратного преобразований Фурье, о т л и ч а ю щ е е.с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено одним или несколькими дополнительными преобраэо45 вателями, установленными на каретке с шагом, равным удвоенной величине смещения основного преобразователя от середины базового отрезка, и сумматором сигналов всех преобразователей. ъО

2. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что нечетное число, выражающее отношение длины базового отрезка к удвоенной величи0,12859

0,21130

0,20461

0,19819

0,19217

0,18650

0,18107

0,17603

0,17126

215 0,32432

226 0,31374

238 0,30382

250 0,29449

262 0,28571

274 0,27743

287 0,26961

300 0,26221

1004744

/Ф (иОЯ/

4?2 РT г

Составитель В. Романов

Техред Е.Харитончик .Корректор Н. Король

Редактор М. Дылын

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1850/49 . Тираж . 600 ...... Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и Открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5