Способ фрактального контроля шероховатости поверхности

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую поверхность, например, поверхность пера лопатки ГТД на заключительных стадиях обработки. Заявленный способ фрактального контроля шероховатости поверхности заключается в том, что исследуемую поверхность очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности, сразу после очистки на исследуемую поверхность наносят каплю жидкости известной вязкости и фиксированного объема, затем посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют время растекания капли жидкости известной вязкости и фиксированного объема по исследуемой поверхности и определяют шероховатость исследуемой поверхности. Для этого предварительно посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют момент окончания растекания капли жидкости известной вязкости и фиксированного объема, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли известной вязкости и фиксированного объема и убирают скоростную цифровую видеокамеру, затем на растекшуюся на исследуемой поверхности каплю жидкости известной вязкости и фиксированного объема наносят жидкость меньшей вязкости в виде второй капли, при этом жидкость второй капли должна быть растворима в жидкости первой капли, после чего помещают в исходное положение скоростную цифровую видеокамеру, посредством которой регистрируют момент окончания растекания второй капли жидкости, растворившейся в первой капле жидкости известной вязкости и фиксированного объема. Далее определяют периметр и площадь растекшейся капли, образованной в результате слияния двух капель жидкостей различной вязкости. По полученным данным определяют фрактальную размерность D исследуемой поверхности D=2⋅loga(Gдлина1/Gдлина2), где а=(Gплощадь1/Gплощадь2), где Gдлина1 - периметр растекшейся капли жидкости известной вязкости и фиксированного объема; Gдлина2 - периметр растекшейся капли, образованной в результате слияния двух капель жидкостей различной вязкости; Gплощадь1 - площадь растекшейся капли жидкости известной вязкости и фиксированного объема; Gплощадь2 - площадь растекшейся капли, образованной в результате слияния двух капель жидкостей различной вязкости. Технический результат - повышение точности контроля уровня шероховатости поверхности и расширение типоряда материалов исследуемой поверхности. 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую поверхность, например, поверхность пера лопатки ГТД на заключительных стадиях обработки.

Известен способ капиллярной дефектоскопии, включающий в различных вариантах следующие основные операции: пропитку деталей в индикаторном (ярко окрашенном или люминесцирующем) растворе с целью заполнения полостей дефектов и пространства между неровностями, удаления раствора с поверхности детали, проявления дефектов и выявления следов дефектов. Проявление дефектов осуществляется обычно порошками, наносимыми на поверхность детали и впитывающими индикаторный раствор из полостей дефектов [Назаров С.Т. Методы контроля качества сварных соединений. М.: Машиностроение. - 360 с.; Гурвич А.К. Неразрушающий контроль. Книга 1. Общие вопросы. Контроль проникающими веществами. /А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов, С.Г. Сажин. Под ред. В.В. Сухорукова. М.: Высшая школа, 1992. - 242 с.].

Недостатком данного способа является ограничение точности контроля шероховатости поверхности, обусловленное вязкостью используемого индикаторного раствора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ контроля шероховатости поверхности диэлектрических подложек по патенту RU №2331870 C2 от 17.07.2006, опубл. 20.08.2008, МПК G01N 21/88, заключающийся в том, что исследуемую поверхность подложки очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала подложки. Сразу после очистки подложку располагают горизонтально и на ее поверхность с высоты не менее 6 мм и не более 22 мм наносят каплю жидкости фиксированного объема. Определяют время растекания капли жидкости по поверхности подложки от момента касания капли жидкости поверхности подложки до прекращения движения жидкости по поверхности. Шероховатость контролируемой поверхности подложки определяют путем сопоставления полученного значения времени растекания капли жидкости по поверхности подложки с предварительно замеренной калибровочной зависимостью.

Недостатком данного способа является ограничение точности контроля шероховатости поверхности, обусловленное вязкостью жидкости, используемой для формирования капли.

Поставлена задача: повысить точность контроля уровня шероховатости поверхности, расширив при этом диапазон исследуемых материалов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что исследуемую поверхность очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности, сразу после очистки на поверхность наносят жидкость известной вязкости в виде капли фиксированного объема, посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют время растекания капли жидкости по исследуемой поверхности, затем определяют шероховатость исследуемой поверхности, согласно заявляемому изобретению посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют момент окончания растекания капли жидкости, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли и убирают скоростную цифровую видеокамеру, затем на растекшуюся на исследуемой поверхности каплю наносят каплю жидкости меньшей вязкости, при этом жидкость второй капли должна быть растворимой в жидкости первой капли, помещают в исходное положение скоростную цифровую видеокамеру, посредством которой регистрируют момент окончания растекания второй капли жидкости, растворившейся в первой капле жидкости, после чего определяют периметр и площадь обеих растекшихся капель жидкости различной вязкости после их слияния; по полученным данным определяют фрактальную размерность D исследуемой шероховатой поверхности:

D=2⋅loga(Gдлина1/Gдлина2).

Здесь а=(Gплощадь1/Gплощадь2), где Gдлина1 - периметр первой растекшейся капли; Gдлина2 - периметр обеих растекшихся капель различной вязкости после их слияния; Gплощадь1 - площадь первой растекшейся капли; Gплощадь2 - площадь обеих растекшихся капель различной вязкости после их слияния.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена блок-схема устройства для фрактального контроля шероховатости поверхности. Устройство состоит из источника света 1, регулируемого источника питания 2 источника света 1, дозатора 3 капель рабочей жидкости, направляющей иглы 4 дозатора 3 капель рабочей жидкости, скоростной видеокамеры 5, записывающего устройства 6, исследуемой поверхности 7, первой капли 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема, второй капли 9 жидкости меньшей вязкости, чем жидкость капли 8.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемую поверхность 7 очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности 7, сразу после очистки на исследуемую поверхность 7 наносят каплю 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема, затем посредством скоростной цифровой видеокамеры 5 регистрируют время растекания капли 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема по исследуемой поверхности 7 и определяют шероховатость исследуемой поверхности 7. Для этого предварительно посредством скоростной цифровой видеокамеры 5 регистрируют момент окончания растекания капли 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли 8 известной вязкости и фиксированного объема и убирают скоростную цифровую видеокамеру 5, затем на растекшуюся на исследуемой поверхности 7 каплю 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема наносят жидкость меньшей вязкости в виде капли 9, при этом жидкость капли 9 должна быть растворима в жидкости капли 8, после чего помещают в исходное положение скоростную цифровую видеокамеру 5, посредством которой регистрируют момент окончания растекания капли 9 жидкости, растворившейся в капле 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема. Далее определяют периметр и площадь растекшихся капель 8 и 9 жидкости различной вязкости после их слияния. По полученным данным определяют фрактальную размерность D исследуемой поверхности 7:

D=2⋅loga(Gдлинаl/Gдлина2),

где а=(Gплощадь1/Gплощадь2), где Gдлина1 - периметр растекшейся капли 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема; Gдлина2 - периметр растекшихся капель 8 и 9 жидкости различной вязкости после их слияния; Gплощаль1 - площадь растекшейся капли 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема; Gплощадь2 - площадь растекшихся капель 8 и 9 жидкости различной вязкости после их слияния.

В результате растворения капли 9 в капле 8, состоящих из жидкостей различной вязкости, происходит изменение вязкости жидкости, образовавшейся в результате слияния двух капель 8 и 9. При этом вязкость жидкости двух слившихся капель 8 и 9 будет меньше вязкости капли 8, если жидкость капли 9 была меньшей вязкости, чем жидкость капли 8 [Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.: Химия, 1966. - 537 с.]. Например, в случае использования дистиллированной воды в качестве жидкости капли 8, а в качестве жидкости капли 9 - этилового спирта, вязкость жидкости двух растворившихся друг в друге капель 8 и 9 уменьшится по сравнению с вязкостью дистиллированной воды.

Метод определения фрактальной размерности основан на подсчете соотношения между периметром и площадью растекшейся капли. Такое соотношение применяют для оценки размерности фрактальной кривой, ограничивающей исследуемую область. Согласно фрактальной геометрии [Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с.] такая зависимость определяется законом Мандельброта:

Здесь Gдлина - длина кривой (периметр капли), измеренная с шагом G, Gплощадь - площадь, ограниченная кривой (площадь капли), измеренная с шагом G2, D - фрактальная размерность рассматриваемой разветвленной структуры, Cη - типичный во фрактальной геометрии неопределенный множитель.

По результатам двух измерений периметра растекшихся капель 8 и 9 получаем систему двух уравнений:

Здесь Gдлина1 - периметр растекшейся капли 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема; Gдлина2 - периметр растекшихся капель 8 и 9 после их слияния; Gплощадь1 - площадь растекшейся капли 8 жидкости известной вязкости и фиксированного объема; Gплощадь2 - площадь растекшихся капель 8 и 9 после их слияния.

Из системы уравнений (2) следует, что

где основание логарифма а=(Gплощадь1/Gплощадь2).

В этом случае изменение вязкости вещества капли, образованной каплями 8 и 9 после их слияния, может рассматриваться как изменение шага покрытия при определении фрактальной размерности.

Геометрия растекшихся капель 8 и 9 после их слияния регистрируется посредством скоростной видеокамеры 5 и записывающего устройства 6. Затем определяется периметр и площадь растекшихся капель 8 и 9 после их слияния путем использования методов цифровой обработки изображений [Сойфер В.А. Методы компьютерной обработки изображений. М.: Физматлит, 2003. - 784 с.].

Исследуемая поверхность 7 может иметь различный угол наклона относительно линии горизонта. Наибольший угол наклона исследуемой поверхности 7 определяется экспериментально и выбирается таким образом, чтобы капля, образованная в результате слияния капель 8 и 9 и состоящая из дистиллированной воды и этилового спирта, не могла скатиться с исследуемой поверхности 7.

Световой поток, формируемый источником света 1, должен максимально близко располагаться к объективу скоростной видеокамеры 5, при этом угол между осью симметрии объектива скоростной видеокамеры 5 и осью симметрии светового потока, сформированного источником света 1, должен быть наименьшим. Это необходимо для минимизации неосвещенных (слепых) зон на исследуемой поверхности 7, т.е. для повышения точности определения периметра и площади растекшихся капель 8 и 9 после их слияния.

Используемые жидкости капель 8 и 9 должны быть смешиваемыми, их объемы - максимально близкими. Это необходимо для того, чтобы вязкость жидкости, образованной при слиянии капель 8 и 9, была меньше, чем вязкость жидкости капли 8.

Пример. В качестве исследуемой поверхности использована подложка типа СТ-50. Очистка исследуемой поверхности осуществлена плазмохимическим травлением в среде аргона на установке травления пластин УТП ПДЭ-125-008. Сразу после очистки с помощью дозатора нанесена капля дистиллированной воды на горизонтально расположенную исследуемую поверхность. Момент окончания растекания капли зарегистрирован системой скоростной цифровой видеосъемки на базе камеры VS-FAST со скоростью 1000 кадров/с. Затем на каплю дистиллированной воды нанесена капля этилового спирта. Момент окончания растекания капли, образованной в результате слияния капель дистиллированной воды и этилового спирта, также зарегистрирован системой скоростной цифровой видеосъемки на базе камеры VS-FAST со скоростью 1000 кадров/с.

Фрактальная размерность уровня шероховатости исследуемой поверхности по формуле (3) составила 1,18.

Способ фрактального контроля шероховатости поверхности, заключающийся в том, что исследуемую поверхность очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности, сразу после очистки на исследуемую поверхность наносят жидкость в виде капли фиксированного объема, посредством скоростной цифровой видеосъемки фиксируют время растекания капли жидкости по поверхности, затем определяют шероховатость исследуемой поверхности, отличающийся тем, что жидкость капли имеет известную вязкость, посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют момент окончания растекания капли жидкости по исследуемой поверхности, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли и убирают скоростную цифровую видеокамеру, затем на растекшуюся по исследуемой поверхности каплю наносят каплю жидкости меньшей вязкости и растворимой в жидкости первой капли, после этого помещают в исходное положение скоростную цифровую видеокамеру, посредством которой регистрируют момент окончания растекания капли, образованной после слияния двух капель жидкостей различной вязкости, далее определяют периметр и площадь двух растекшихся капель жидкостей различной вязкости после их слияния; по полученным данным определяется фрактальная размерность D исследуемой шероховатой поверхности:

D=2·loga(Gдлина1/Gдлина2);

здесь а=(Gплощадь1/Gплощадь2), где Gдлина1 - периметр первой растекшейся капли; Gдлина2 - периметр капли, образованной в результате слияния двух капель жидкостей различной вязкости; Gплощадь1 - площадь первой растекшейся капли; Gплощадь2 - площадь капли, образованной в результате слияния двух капель жидкостей различной вязкости.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к диагностике состояния проводной контактной сети. Способ измерения параметров контактного провода заключается в следующем.

Группа изобретений относится к диагностике состояния проводной контактной сети. Способ измерения параметров контактного провода заключается в следующем.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к установкам для определения основных защитных и эксплуатационных показателей защитных очков, применяемых при наличии вредных и опасных для глаз производственных факторов, а именно для определения запотевания смотровых стекол защитных очков в условиях, приближенных к их реальной эксплуатации.

Устройство для обнаружения поверхностных дефектов цилиндрических объектов относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в производстве ядерного топлива, в частности для обнаружения дефектов внешнего вида на боковой поверхности топливных таблеток.

Изобретение относится к системе отслеживания с динамическим отношением «сигнал-шум». Технический результат заключается в повышении надежности системы отслеживания в окружении вне помещений и в присутствии других источников электромагнитного излучения.

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую гидрофобную поверхность, например парафин, воск, огнеупоры и т.п.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании связных (телекоммуникационных) космических аппаратов (КА) для бесконтактного неразрушающего контроля качества полупроводниковых фотопреобразователей (ФП) солнечных батарей (БС).

Изобретение относится к системе дистанционной связи, выполненной с возможностью встраивания в летательный аппарат (1А, 1B, 1С), содержащий по меньшей мере один винт (50А, 50B, 50С) двигателя с множеством лопастей (52А, 52B, 52С), выполненный с возможностью вращения относительно неподвижного модуля (10А, 10B, 10С) летательного аппарата вокруг оси (X) двигателя.

Изобретение относится к системе дистанционной связи, выполненной с возможностью встраивания в летательный аппарат (1А, 1B, 1С), содержащий по меньшей мере один винт (50А, 50B, 50С) двигателя с множеством лопастей (52А, 52B, 52С), выполненный с возможностью вращения относительно неподвижного модуля (10А, 10B, 10С) летательного аппарата вокруг оси (X) двигателя.

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Способ и соответствующее устройство (100) для контроля шин на производственной линии обеспечивают предварительное размещение шины (200), подлежащей контролю, упругое деформирование участка боковины шины посредством приложения сжимающего усилия к внешней контактной поверхности участка боковины, при этом сжимающее усилие имеет осевое направление и ориентацию, направленную к диаметральной плоскости, освещение внутренней и/или внешней поверхности участка боковины и детектирование изображения освещенной поверхности, генерирование контрольного сигнала, соответствующего детектируемому изображению, и анализ контрольного сигнала для детектирования возможного наличия дефектов на участке боковины.

Группа изобретений относится к области получения поверхности шины и их последующей обработки. Способ, предназначенный для реализации устройства для контроля шин на производственной линии, включает следующие этапы: попеременное освещение участка поверхности шины посредством первого и второго световых излучений, падающих под скользящим углом, и получение соответственно первого и второго двумерных цифровых изображений указанного освещенного участка поверхности.

Оптическое измерительное устройство, содержащее первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, отличающееся тем, что в него введены второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними.

Оптическое измерительное устройство, содержащее первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, отличающееся тем, что в него введены второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам изучения водной эрозии, и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии. Техническим результатом является повышение точности определения и оцифровки профиля дневной поверхности почвы элементарной площадки в полевых условиях.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении.

Устройство для обнаружения поверхностных дефектов цилиндрических объектов относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в производстве ядерного топлива, в частности для обнаружения дефектов внешнего вида на боковой поверхности топливных таблеток.

Изобретение относится к способам исследования образцов материалов при помощи их цифровых трехмерных моделей. Для оценки структурных изменений в образце материала в результате воздействия на образец сканируют по меньшей мере один образец материала до и после воздействия и получают соответственно первое изображение и второе изображение каждого образца.

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую гидрофобную поверхность, например парафин, воск, огнеупоры и т.п.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - повышение точности компьютерного моделирования целостности сигнала и электромагнитной совместимости проектируемых СВЧ устройств в расширенном диапазоне рабочих частот до 100 ГГц и более.

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую поверхность, например, поверхность пера лопатки ГТД на заключительных стадиях обработки. Заявленный способ фрактального контроля шероховатости поверхности заключается в том, что исследуемую поверхность очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности, сразу после очистки на исследуемую поверхность наносят каплю жидкости известной вязкости и фиксированного объема, затем посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют время растекания капли жидкости известной вязкости и фиксированного объема по исследуемой поверхности и определяют шероховатость исследуемой поверхности. Для этого предварительно посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют момент окончания растекания капли жидкости известной вязкости и фиксированного объема, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли известной вязкости и фиксированного объема и убирают скоростную цифровую видеокамеру, затем на растекшуюся на исследуемой поверхности каплю жидкости известной вязкости и фиксированного объема наносят жидкость меньшей вязкости в виде второй капли, при этом жидкость второй капли должна быть растворима в жидкости первой капли, после чего помещают в исходное положение скоростную цифровую видеокамеру, посредством которой регистрируют момент окончания растекания второй капли жидкости, растворившейся в первой капле жидкости известной вязкости и фиксированного объема. Далее определяют периметр и площадь растекшейся капли, образованной в результате слияния двух капель жидкостей различной вязкости. По полученным данным определяют фрактальную размерность D исследуемой поверхности D2⋅loga, где а, где Gдлина1 - периметр растекшейся капли жидкости известной вязкости и фиксированного объема; Gдлина2 - периметр растекшейся капли, образованной в результате слияния двух капель жидкостей различной вязкости; Gплощадь1 - площадь растекшейся капли жидкости известной вязкости и фиксированного объема; Gплощадь2 - площадь растекшейся капли, образованной в результате слияния двух капель жидкостей различной вязкости. Технический результат - повышение точности контроля уровня шероховатости поверхности и расширение типоряда материалов исследуемой поверхности. 1 ил.

Наверх