Комплекс контроля материалов

Авторы патента:

Саблин Павел Алексеевич (RU)

Мокрицкий Борис Яковлевич (RU)

Пустовалов Дмитрий Александрович (RU)

Бездень Ольга Васильевна (RU)

Мешков Александр Сергеевич (RU)

G01N3/46 - когда инденторы осуществляют царапающее движение

Владельцы патента RU 2564055:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение относится к средствам сравнительной оценки (контроля) физико-механических и эксплуатационных свойств материалов, в частности может быть использовано для инструментальных материалов. Комплекс содержит установку для осуществления маятникового скрайбирования посредством внедрения индентора, систему управления, взаимодействующую с указанной установкой, с устройством ввода базы исходных данных, с позиционером, а также содержит накопительные места и транспортную систему подачи и позиционирования образцов относительно указанной установки и позиционера. Установка маятникового скрайбирования снабжена видеосистемой наблюдения следа маятникового скрайбирования, позволяющей оцифровать след, а система управления выполнена с возможностью обработки и анализа оцифрованного изображения следа, с обеспечением возможности принятия последующего решения отдать позиционеру команду на перемещение образца в зависимости от результатов анализа либо в брак, либо для хранения на складе, либо для отгрузки получателю, либо для иных целей. Технический результат: расширение возможностей (функций) маятникового скрайбирования, что включает возможность автоматизировать процесс принятия управляющего решения и, тем самым, исключить влияние человеческого фактора, повысить производительность оценки качества, осуществлять сортировку и отбраковку изделий. 3 ил.

Уровень развития техники известен из решения (далее оно для удобства обозначено Р1) [Автоматизированная система измерения твердости, категория: Металлургия, город: Набережные Челны, компания: ООО «Энерготехсервис», (он-лайн). Проект размещен: 25.04.2012. Найдено в Интернет: 170/about], в котором даны сведения о комплексе контроля материалов, включающем в себя установку для осуществления внедрения индентора, оснащенном системой управления, взаимодействующей с указанной установкой, с устройством ввода базы исходных данных, с позиционером, а также оснащенном накопительными местами и транспортной системой подачи и позиционирования образцов относительно указанной установки и позиционера. Недостаток решения указан далее.

В то же время из уровня техники известно решение [патент РФ №129244 на полезную модель «Устройство маятниковое для микромеханических испытаний материалов», G01N 3/00. Пустовалов Д.А., Мокрицкий Б.Я., Лаврухин И.В., Огилько С.А., Савинковский М.В. Заявка 2012118921/28 от 5.5.2012. Опубл.20.06.2013, Бюл. №17], в рамках которого раскрыто устройство маятниковое для микромеханических испытаний материалов, в котором установка для осуществления внедрения индентора представляет собой установку для осуществления маятникового скрайбирования. Данное решение нами рассматривается в силу того, что именно маятниковое скрайбирование нам наиболее интересно в связи с тем, что оно обеспечивает такие условия нагружения образцов, которые наиболее близки к условиям, реализуемым при эксплуатации инструментальных материалов. Содержание самого устройства не столь принципиально. Это могут быть и другие устройства маятникового скрайбирования, например, описанные в источнике [Патент РФ №129242 на полезную модель «Устройство маятниковое для микромеханических испытаний», G01N 3/00. Мокрицкий Б.Я., Пустовалов Д.А., Лаврухин И.В., Огилько С.А., Савинковский М.В. Заявка 2012118900/28 от 5.5.2012. Опубл.20.06.2013, Бюл. №17] или в источнике [патент РФ №2147737 на изобретение «Устройство для испытания материалов», G01N 3/42, опубл. 20.04.2000], либо в источнике [Пустовалов Д.А., Мокрицкий Б.Я., Огилько С.А., Лаврухин И.В., Белянин К.О. Маятниковый склерометр для оценки коррозионной стойкости материалов // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2012 г, №11, с. 32-34].

Важно то, что то или иное устройство (установка) для маятникового скрайбирования может быть использовано в составе указанного выше (P1) комплекса контроля материалов, включающего в себя установку для осуществления внедрения индентора. Недостатком любого из указанных устройств для маятникового устройства является то, что оно не снабжено системой анализа регистрируемых параметров маятникового скрайбирования, функция анализа передана субъекту (исследователю), в силу этого результаты анализа могут носить субъективный характер, а процесс ранжирования (выстраивания в ряд по изменению величины сравниваемого параметра) сравниваемых материалов не может быть автоматизирован.

Недостатком указанного комплекса контроля материалов, включающего в себя установку для осуществления внедрения индентора (решения Р1), является ограниченные технологические возможности. Это связано с тем, что комплекс не способен автоматизировать процесс принятия управляющего решения, не способен осуществить сортировку и отбраковку контролируемых образцов (изделий).

В силу сказанного можно заключить, что техническим результатом заявляемого решения является расширение возможностей (функций) маятникового скрайбирования, что включает возможность автоматизировать процесс принятия управляющего решения и, тем самым, исключить влияние человеческого фактора, повысить производительность оценки качества, осуществлять сортировку и отбраковку изделий.

Указанный технический результат достигается тем, что в комплекс встроена установка для маятникового скрайбирования, комплекс оснащен накопительными местами и транспортной системой подачи и позиционирования образцов относительно указанной установки и позиционера, причем установка для осуществления маятникового скрайбирования снабжена видеосистемой наблюдения следа маятникового скрайбирования, позволяющей оцифровать след, а система управления выполнена с возможностью обработки и анализа оцифрованного изображения следа, с обеспечением возможности принятия последующего решения отдать позиционеру команду на перемещение образца, в зависимости от результатов анализа, либо в брак, либо в готовую продукцию, либо для хранения на складе, либо для иных целей.

Таким образом, заявляемый объект (комплекс), как и прототип, включает в себя установку для осуществления маятникового скрайбирования посредством внедрения индентора, он оснащен системой управления, взаимодействующей с указанной установкой, с устройством ввода базы исходных данных, с позиционером, а также оснащен накопительными местами и транспортной системой подачи и позиционирования образцов относительно указанной установки и позиционера.

Однако заявляемый объект отличается тем, что установка маятникового скрайбирования снабжена видеосистемой контроля следа маятникового скрайбирования, позволяющей оцифровать след, видеосистема связана с устройством ввода базы данных и/или с системой управления, система управления выполнена с возможностью обработки и анализа оцифрованного изображения следа, с обеспечением возможности принятия последующего решения отдать позиционеру команду на перемещение образца, в зависимости от результатов анализа, либо в брак, либо в готовую продукцию, либо для хранения на складе, либо для иных целей.

На фиг. 1 представлена принципиальная компоновочная схема заявляемого решения. На фиг. 2 представлен пример картины (получена на микроскопе) следа маятникового скрайбирования инструментального материала с покрытием (обозначения: 1 - зона входа индентора; 2 - зона с большей глубиной внедрения индентора; 3 - зона с максимальной глубиной внедрения; 4 - зона с меньшей глубиной внедрения индентора; 5 - зона выхода индентора). На фиг. 3 представлен пример участков следов скрайбирования, полученный с помощью видеоизмерительной системы модели Sol 161 производства США.

Заявляемый комплекс содержит установку У для осуществления маятникового скрайбирования и другие устройства. Установка У имеет маятник, несущий на себе индентор (например, алмазный конус). В результате движения по дуге окружности индентор заглубляется в тело образца О и двигается в материале образца с переменной глубиной внедрения, что приводит к формированию в поверхностном слое образца О следа маятникового скрайбирования (царапания). При этом след по своей длине имеет разную глубину и ширину. В среднем сечении следа и глубина, и ширина максимальны. Установка взаимосвязана (на фиг. 1 это показано линией со стрелкой) с системой управления СУ комплексом контроля материалов. Система управления СУ выполнена связанной с позиционером П и устройством ввода базы данных БВД. Образцы О установлены и ориентированы на транспортном средстве ТС, например на транспортере магнитном. Транспортное средство позволяет транспортировать (на фиг. 1 это движение обозначено П1) образцы к установке У и позиционеру П. Позиционер имеет возможность поворота (обозначено В1) и движения П2, что позволяет рабочему органу, например захвату позиционера, занять позицию относительно накопительных мест M1, М2, М3, М4. Это может быть накопительная тара, емкости и т.д. Обеспечение ввода базы данных может быть реализовано разными способами. Например, для этого может быть использована видеосистема (нами использована видеоизмерительная система Sol 161 производства США). Она может быть смонтирована на установке У маятникового скрайбирования или после нее по длине транспортного средства ТС над образцами так, чтобы в зону ее наблюдения (контроля) попадал след, оставленный индентором при маятниковом скрайбировании. На фиг. 1 видеосистема ВС показана смонтированной именно на установке У и имеющей связь с базой ввода данных. Технологически удобно применять видеосистему ВС, позволяющую оцифровывать наблюдаемое (контролируемое) изображение, в частности оцифровывать параметры следа маятникового скрайбирования, например ширину, длину, площадь. Система управления СУ выполнена с возможностью обработки и анализа оцифрованного изображения следа. Результат такой обработки и анализа обеспечивает системе СУ возможность принятия последующего управляющего решения отдать позиционеру команду на перемещение образца, в зависимости от результатов анализа, в то или иное накопительное место M1, М2, М3, М4, например в брак, либо в готовую продукцию, либо для хранения на складе, либо для иных целей.

Работает комплекс следующим образом. Образцы О позиционируются (рабочим или вспомогательным устройством) на транспортном средстве ТС. Установка У настраивается (оператором) на определенные условия индентирования (глубина внедрения, масса маятника и т.д.). Сведения о материале образцов вводятся (оператором) в базу данных БВД. Для этих условий индентирования материала образца в базу данных (или в систему управления СУ) вводятся (а затем хранятся и пополняются) нормируемые значения того или иного параметра следа маятникового скрайбирования. Например, это может быть величина максимальной ширины b_max следа скрайбирования. Такие нормированные значения нужны для того, чтобы в последующем СУ могла сравнивать его и оцифрованное значение этого же параметра, выявленное видеосистемой, анализировать результат сравнения и по результату сравнения принимать то или иное управляющее решение. Это решение будет передано позиционеру как команда на отправление образца в то или иное накопительное место, например в место M1, где позиционер накапливает бракованные заготовки деталей.

При движении П1 транспортного средства образцы попадают в зону действия установки У и затем позиционера П. Пусть установка У способна осуществить маятниковое скрайбирование образца, когда он расположен на транспортном средстве. Если это не возможно, то позиционер П захватит образец с транспортного средства и переместит его на стол установки У. В том и другом случае система управления СУ отдаст установке команду на осуществление маятникового скрайбирования. Видеосистема ВС осуществит съемку следа маятникового скрайбирования, передаст его оцифрованное изображение в систему управления СУ, она осуществит сравнение полученной информации (например, величины ширины b_max следа маятникового скрайбирования) с той нормированной величиной контролируемого параметра, которая введена для сравнения в базу данных БВД (или в СУ). В зависимости от результатов анализа (сравнения заданного параметра с полученным при индентировании и затем при оцифровании) система управления отдаст позиционеру П команду на перемещение образца либо в брак (например, место M1), либо для хранения на складе (например, место М2), либо для отгрузки получателю (например, место М3), либо для иных целей (например, место М4).

В случае, если сравнения полученной информации по одному параметру (например, по ширине b_max следа) недостаточно, то может быть произведено сравнение по другому (или по нескольким) следующему параметру, например по площади следа.

Комплекс контроля материалов, включающий в себя установку для осуществления маятникового скрайбирования посредством внедрения индентора, систему управления, взаимодействующую с указанной установкой, с устройством ввода базы исходных данных, с позиционером, а также содержащий накопительные места и транспортную систему подачи и позиционирования образцов относительно указанной установки и позиционера, отличающийся тем, что установка маятникового скрайбирования снабжена видеосистемой наблюдения следа маятникового скрайбирования, позволяющей оцифровать след, а система управления выполнена с возможностью обработки и анализа оцифрованного изображения следа, с обеспечением возможности принятия последующего решения отдать позиционеру команду на перемещение образца в зависимости от результатов анализа либо в брак, либо для хранения на складе, либо для отгрузки получателю, либо для иных целей.

Изобретение относится к способам оценки свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки свойств нескольких разных сравниваемых материалов.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по площади поперечного сечения следа маятникового скрайбирования // 2554293

Изобретение относится к способам обеспечения возможности ранжирования (выстраивания в ряд) нескольких сравниваемых материалов по способности сопротивляться деформированию и разрушению при индентировании, а именно при индентировании методом маятникового скрайбирования.

Способ определения профиля прочности материалов и устройство для его осуществления // 2548929

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов. Сущность: осуществляют нагрев поверхности образца и наносят резцом царапину на нагретую поверхность образца.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по отношению длины следа маятникового скрайбирования к его ширине // 2548057

Изобретение относится к способам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки свойств нескольких разных сравниваемых материалов.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по отношению длины лунки отскока к ее ширине в следе индентора при маятниковом скрайбировании // 2543683

Изобретение относится к способам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки упругих и пластических (далее - упругих) свойств нескольких разных материалов, в том числе с близким модулем упругости.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по параметрам лунки отскока в следе индентора при маятниковом скрайбировании // 2543682

Изобретение относится к способам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки упругих и пластических (далее - упругих) свойств нескольких разных материалов, в том числе с близким модулем упругости.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по длине между лункой и основной частью следа индентора при маятниковом скрайбировании // 2539725

Изобретение относится к методам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки упругих и пластических (далее - упругих) свойств нескольких разных материалов, в том числе с близким модулем упругости.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по отношению общей длины следа маятникового скрайбирования к длине лунки отскока // 2539116

Способ определения прочностных характеристик материала и устройство для его осуществления // 2499246

Изобретение относится к машиностроению. Устройство содержит корпус с электродвигателем и редуктором внутри его; укрепленные на корпусе две параллельные колонны с установленной на них с возможностью перемещения по ним траверсой вместе с механизмами фиксации ее на колоннах и закрепленной на ней инструментом; инструментальной головкой, механизмом установки инструмента, механизмом подвода и отвода инструмента от поверхности образца, измерителем нормальных перемещений инструмента, датчиком нормальной силы, механизм и стол для установки и термостабилизации образца; механизм нормального нагружения инструмента; автоматизированную систему задания программы нагружения и разгружения, считывания, записи и обработки информации результатов испытаний совместно с персональным компьютером.

Определение твердости гальванических покрытий на деталях машиностроения // 2476856

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяются гальванические покрытия деталей. .

Устройство для определения твердости лакокрасочных покрытий с использованием карандашей различной твердости // 2571304

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения твердости лакокрасочного покрытия. Устройство содержит карандаш и нагрузочный элемент, создающий заданное усилие. Устройство дополнительно содержит основание, закрепляемое на испытуемой поверхности при помощи присосок, подвижную каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль основания, на которой закреплен нагрузочный элемент, реализованный балкой равного сопротивления изгибу, на конце которой расположен зажим с закрепленным в нем карандашом. Технический результат: возможность крепления устройства на поверхностях, располагающихся в разных плоскостях, а также в создании равного усилия на карандаш. 2 ил.

Способ ассиметричного маятникового скрайбирования // 2613570

Изобретение относится к способам, предназначенным для оценки физико-механических свойств их материала путем индентирования. Сущность: осуществляют позиционирование образца относительно индентора для обеспечения необходимых условий взаимодействия и получения необходимых параметров следа маятникового скрайбирования. Образец относительно вертикального положения маятника с индентором смещают в горизонтальной плоскости от симметричного положения и в вертикальной плоскости до положения, обеспечивающего формирование следа требуемой формы и глубин внедрения индентора на входе и выходе его из материала образца с ориентированием последних в разных направлениях относительно траектории движения индентора. Технический результат: расширение технологических возможностей метода маятникового скрайбирования. 3 ил.

Способ маятникового скрайбирования // 2613576

Изобретение относится к способам, предназначенным для оценки физико-механических свойств их материала путем индентирования. Сущность: обеспечивают взаимодействия индентора с материалом образца и последующее исследование следа скрайбирования. Используют образец, исследуемая поверхность которого представляет собой наружное тело вращения, преимущественно цилиндр. На образце выполнены пазы соответствующих размеров и формы. Обеспечение требуемых глубин следа скрайбирования при входе и/или выходе индентора производят за счет расположения пазов относительно траектории качательного движения маятника с индентором. Технический результат: расширение технологических возможностей метода маятникового скрайбирования с целью обеспечения возможности варьирования параметрами следа маятникового скрайбирования, а именно глубинами внедрения индентора при входе и выходе его из материала образца, длиной следа и т.д. 3 ил.

Маятниковый склерометр с лазерным устройством // 2619448

Изобретение относится к устройствам для оценки физико-механических свойств методом индентирования, а именно к прогнозированию эксплуатационных свойств изделий, выполненных из инструментальных материалов, методом маятникового скрайбирования с обеспечением возможности лазерного сканирования следа скрайбирования в исследуемом материале и сканирования индентора для управления процессом скрайбирования. Маятниковый склерометр содержит ось, несущую маятник с индентором, предметный столик для размещения исследуемого образца, средство контроля результатов взаимодействия индентора с исследуемым образцом. Склерометр дополнительно снабжен лазерным устройством для контроля процесса указанного взаимодействия и параметров следа маятникового скрайбирования, а также лазерным устройством для контроля параметров индентора. Склерометр снабжен системой накопления результатов контроля, их анализа и выработки управляющих команд на изменение положения лазерного устройства или настроечных параметров маятника, в частности системой, состоящей из каналов прямой связи с процессором через накопитель базы данных и связь, а также из канала обратной связи с компаратором. Технический результат: расширение технических возможностей маятникового склерометра. 3 ил.

Маятниковое устройство для испытания материалов // 2619479

Изобретение относится к устройствам для оценки физико-механических свойств методом индентирования, а именно к прогнозированию эксплуатационных свойств изделий, выполненных из инструментальных материалов, методом маятникового скрайбирования с обеспечением широких возможностей позиционирования исследуемого образца относительно движения индентора. Маятниковое устройство содержит стойки с осью, несущей маятник с индентором, снабженный грузом и механизмом регулирования величины заглубления индентора в материал образца, который установлен и закреплен на предметном столике, имеющем возможность взаимно перпендикулярного перемещения образца в горизонтальной плоскости. Предметный столик дополнительно снабжен устройствами его качания в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, поворота вокруг вертикальной оси, перемещения по вертикали, а стойки смонтированы на несущей оси, установленной в опорах с возможностью регулирования угла наклона стоек относительно вертикали. Технический результат: расширение технических возможностей устройства. 5 ил.

Устройство для маятникового скрайбирования // 2635328

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для оценки физико-механических свойств их материала путем индентирования методом маятникового скрайбирования. Устройство содержит маятник, установленный на оси качания, несущий индентор, образец в виде цилиндра, расположенного и закрепленного под индентором в оснастке. Оснастка для ориентации и закрепления образца установлена на столе устройства и содержит призму, боковые образующие которой не параллельны ее основанию и наклонены по отношению к оси качания маятника так, что ось образца, установленного в призме, и ось качания маятника перекрещиваются в вертикальной плоскости, а оснастка со столом при этом установлены так, что ось образца и ось качания маятника перекрещиваются в горизонтальной плоскости под углом 90° или углом, отличном от 90°, при любом угле их перекрещивания в вертикальной плоскости. Технический результат: расширение технических возможностей устройства для маятникового скрайбирования. 5 ил.