Устройство для измерения волнистости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЙЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (11939929 (61) Дополнительное,к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.04.80 (21) 2907222/25-28 с присоединением заявки Мо (31) М. Кл.з

G 01 В 5/28

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300682. Бюллетень йо 24

1531УДК 531.717 (088.8) Дата опубликования описания 30.06.82 (72) Авторы изобретения

Е.В.Подсосов и В.П.Богданов

Калининский филиал Всесоюзного научноисследовательского института вагоностро (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛНИСТОСТИ

Изобретение относится к измери тельной технике, а именно к средствам для измерения непрямолинейности и неплоскостности.

Известны устройства для измерения непрямолинейности, содержащие измерительную камеру с двумя, расположенными по концам базовыми опорами, измеритель, размещенный в средней части базовой каретки, интегратор и отсчетно-регистрирующую часть .(1).

Эти устройства обеспечивают лишь приближенное восстановление первообраэной, удовлетворительное для низших гармоник, длина волны которых существенно превышает базу каретки.

Устройство нечувствительно к гармоникам, длины волн которых равны половине базы каретки или составляют от нее целую долю.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения волнистости, содержащее измерительную каретку с расположенными по концам базовыми опорами, расстояние между которыми составляет базовый отрезок, измерительный преобразователь, эа крепленный на каретке между опорами и смещенный от середины базового отрезка, и вычислительно-регистриРующую часть С2>.

Выбором величины смещения можно расширить диапазон измеряемых гармоник и обеспечить достоверное измерение амплитуды одной гармоники иэ заданного ряда. При на::ичии в спектре непрямолинейности нескольких гармоник результат измерения теряет достоверность, поскольку смещение преобразователя от середины базового отрезка вносит фаэовые искажения. В устройствах для измерения непрямолинейности со смещенным измерителем восстановление первообразной не предусмотрено.

Средства. современной вычислительной техники позволяют провести восстановление первообраэной функции с частотным спектром, заданным в диапазоне Л8 и н длин волн методами гармонического анализа и синтеза, если известна передаточная функция 6(1 ) механической части устройства. При этом необходимо, чтобы величина модуля передаточной функции не опускалась ниже некоторого К70. При е. =0 восстановление

939929

G(iå)å ï

Лн/Ль

J,79999

0,74230

0,62853

0 53438

60

22

65 б первообразной невозможно (необходимо выполнять операцию деления на нуль), при 6 близком к нулю .воэрас. тают погрешности устройства, поскольку усиливается не только полезный сигнал, но и посторонний шум. 5

Цель изобретения — повышение точчости измерения за счет нахождения таких соотношений между параметрами устройства, при которых модуль передаточной функции во всем диапазо-)0 не измерений не будет меньше максимально возможного f„ (решение задачи на ИАХ1М1Р) .

Поставленная цель достигается тем, что вычислительно-регистрирующая часть снабжена средствами для выполнения прямого и обратного преобразований Фурье, а отношение длины . базового.отрезка к удвоенной величине смещения преобразователя от сере- 0 дины базового отрезка равно нечетному числу.

Величина смещения преобразователя от середины базового отрезка равна четверти среднего гармонического иэ верхней и нижней границ диапазона от длин волн, а нечетное .число, выражающее отношение длины базового отрезка к удвоенной величине смещения, выбрано ближайшим целым к определяемому из выражения

К = 1,113 (†„ ) 0,663, Лн .где Лн и Л8 — соответственно нижL;; няя и верхняя границы .диапазона длин волн.

На фиг.1 схематически изображена измерительная каретка; на фиг.2 структурная схема устройства; на фиг.3 — пример графика изменения модуля передаточной функции.

Устройство содержит измеритель.ную каретку 1 с двумя базовыми опо. рами 2 и 3. Расстояние между опорами образует базовый отрезок L. В средней части каретки размещен иэмери45 тельный преобразователь 4, который смещен от середины базового отрезка на величину а. На измерительной каретке размещен измеритель пути 5, связанный с одной из базовых опор 50 каретки. Устройство содержит также (фиг.2) блок б памяти, связанный с выходами измерительного преобразователя и измерителя пути, блок 7 прямого преобразования Фурье, блок 8, передаточной функции, блок 9 обратного преобразования Фурье и регистрирующую часть 10.

Передаточная функция устройства (фиг.1) имеет вид

Ю(в)= -"-„exP - ц — "+a +

4 — + e_#_p ь

Если отрезки — +а и — — а имеют

2 2 общую меру t то функция G(i ) будет

1 периодической с периодом T= †. Ииниt мальное значение модуля передаточной функции максимально в том случае, если отрезок t принимает максимально возможное значение. Таким значением может быть величина t= 2a..

В этом случае — +а = pt

2 — -а = (p-1) t, L

2 где р — произвольное целое число.

Соотношение между L и а принимает вид — = (2р — 1) а или — = 2р — 1

L L

2 2а

Поскольку значения модуля передаточной функции в начале и конце периода равны нулю (фиг.3), то интервал измеряемых частот (длин волн) не должен включать границ периода. Если границами диапазона измеряемых длин волн являются k< и А6, то измеряемый интервал частот лежит в пре( делах от — до

ЛВ-Дополнительными исследованиями установлено, что значения модуля передаточной функции на границах интервала (G(1ш) близки к минимумам .в случае, если

Лн+ "6

Л Л зн "а 3 а ртрезок а2 (k<+lE ) а л где г = - — . и носит название сред).н+ "ь него гармонического:величин )q и

Л8 °

Естественно, что с увеличением периода Т увеличивается диапазон измеряемых частот (длин. волн), однако при этом снижается минимальное значение (G(1<) и, следовательно, и точность измерения. В каждом конкретном случае должен достигаться необходимый компромисс между диапазоном измерений и точностью. В таблице приведены значения величин р, G(iQ и отношения лн/лз.

Таблица

939929

Пподолжение табл.

1 з

0,46153

0,40495

0,36017

0,32401

49

10

82

О, 29430

94

О, 26948

0,24846

107

0,23045

120

0,21484

0,20120

0,18917

134

148

162

177

0,17849

0,16895

0,16037

0,15261

195

211

228

Для нахождения величины К =2р-1, характеризующей отношение длины базового отрезка и удвоенной величине смещения, можно пользоваться также следующей эмпирической формулой:

К = 1,113 (— ) 0,663

) Н

1Â В этом случае найденное значение К должно округляться до ближайшего нечетного целого.

Пусть необходимо сконструировать устройство для измерения волнистости в диапазоне длин волн от АН =5 м до gS =0,025 м.

Величина смещения а равна а = =0,012438 м

5 "О 025

2 ° (5+0, 025)

Диапазон измеряемых длин волн составляет 5/0,025 = 200. Из таблицы выбираем ближайшее значение параметра р = 19. Длина базового от резка L составляет

L=2 .(2. 19-1)- О, 012438=0, 9204 м.

Как видно из таблицы, для устройства с указанными параметрами значение модуля передаточной функции не опускается ниже 0.16895.

График изменения модуля передаточной функции в диапазоне от

3Н до т =4а (т.е. половина графика) для устройства с укаэанными параметрами (фиг.3) показывает, что на границах диапазона значение модуля передаточной функции составляет

0,1625, а ближайший к границе минимум - 0,1696 °

По мере приближения к середине диапазона значения минимумов увеличиваются и точность измерения возрастает. Например, в диапазоне длин волн от 0,264 до 4,25 м значе)О ния минимумов не опускаются ниже

0,3371, а в диапазоне от 0,49 до

4,05 м — ниже 0,4865.

Устройство работает следующим образом.

15 Измерительную каретку 1 устанавливают базовыми опорами 2 и 3 на контролируемую поверхность и при- . водят во взаимодействие с последней. измерительный преобразователь 4. До начала измерений должна быть выполнена нулевая -настройка изме-. рительного преобразователя, например, по плоской плите, однако высокой точности нулевой настройки

25 не требуется, поскольку постоянная составляющая сигнала измерительного преобразователя отфильтровывается при выполнении преобразования

Фурье. До начала измерений в память

30 блока 8 передаточной функции необходимо завести значения модуля и аргумента этой функции, соответствующие конструктивным параметрам измерительной каретки. После завершения подготовки устройства его перемещают вдоль контролируемого объекта.

При этом сигналы измерительного преобразователя 4 запоминаются в блоке

6 памяти с дискретностью, определяемой измерителем 5 пути. Предпочтите40 лько, чтобы интервал квантования д составлял целую долю от величины а смещения а, например, д = — . После окончания измерения начинает рабо45 тать отсчетно-вычислительная часть устройства. Блок 7 преобразования

Фурье находит спектральную плотность и фазу сигнала в заданном ин-тервале частот, которые передаются

Я на блок 9 обратного преобразования.

Фурье ° Одновременно из блока 8 передаточной функции вызываются значения модуля и аргумента этой функции для заданного интервала частот.

55 Найденное значение спектральной плотности в блоке 9 делят на соответствующее частотному интервалу значение модуля передаточной фучкции

IG(i<)i а из фазы сигнала вычитают

60 з наченне аргумен та э той функции, получая тем самым спектральную плотность и фазу сигнала первообразной функции.

Значения первообразной функции

&5 для всех интервалов частот .-.Уммируют

939929

Формула изобретения

Фиг,1

Фиа2

s регистрирующей части 10, откуда первообраэная функция может быть .. выведена в виде таблиц, графиков или ином виде.

Предлагаемое устройство с комплексом стандартной аппаратуры обеспечи- 5 вает автоматизацию процесса записи и обработки измерений с высокой точностью волнистости длинномерных изделий. (О

1. Устройство для измерения волнистости, содержащее измерительную каретку с расположенными по концам базовыми опорами, расстояние между которыми составляет базовый отрезок, преобразователь, закрепленный на каретке между опорами и смещенный от середины баэовоГо отрезка и вычислительно-регистрирующую часть, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности,, вычислительно-регистрирующая часть снабжена средствами для выполнения прямого и обратного преобразований Фурье, а отношение длины базового отрезка к удвоенной величине смещения преобразователя от середины базового отрезка равно нечетному числу.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что величина смещения преобразователя от середины базового отрезка равна четверти среднего гармонического иэ верхней и нижней границ диапазона длин волн, а нечетное число, выражающее отношение длины базового отрезка к удвоенной величине смещения, выбрано ближайшим целым к определяемому из выражения

К = 1,113 (P) 0,663, 16 где Ан и ЛВ - соответственно нижняя и верхняя границы диапазона длин волн.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Медянцева A.Ë. Контроль прямолинейности и плоскостности поверхйостей. М., Изд-во стандартов, 1972, ñ. 85-87.

2. Лоповок Т.С. Волнистость поверхности и ее измерение, М., Иэд-во стандартов, 1973, с. 87-90 (прототип) .

939929

20РО

4Ье 3

Составитель В. Романов

Техред Ж.Кастелевкч Корректор А-ФеРенц

Редактор А.Фролова

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

Заказ 4б49/59 Тираж 614 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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