Способ измерения неплоскостности многослойных композитных панелей

Изобретение относится к технике проведения измерений и определения неплоскостности (отклонений от плоскостности) плоских поверхностей различной площади, в частности многослойных композитных панелей, преимущественно с сотовым заполнителем и тонкими обшивками. Изобретение может быть использовано в транспортном машиностроении и солнечной энергетике при создании легких, прочных конструкций, таких как каркасы солнечных батарей космических кораблей и станций и т.д. Сущность данного способа заключается в том, что производят закрепление панели на горизонтальную плиту, служащую базовой поверхностью для установки перемещающихся стоек с закрепленной горизонтально поверочной линейкой с измерительной головкой и индикатором. Перед закреплением на горизонтальную плиту на многослойную композитную панель производят нанесение контрольных точек, далее производят настройку в начальной точке L₀ измерительной головки, проведение последующих перемещений стоек и установку измерительной головки в точки измерения и получение в данных точках показаний отклонений от показаний в начальной точке, затем на основании произведенных измерений производят построение математической модели контролируемой поверхности, на которую далее при помощи средств компьютерного моделирования производят наложение n математических моделей плоскостей, расположенных таким образом, что каждая плоскость соприкасается с математической моделью контролируемой поверхности вне материальной части многослойной композитной панели, затем из них производят выбор прилегающей плоскости по отношению к математической модели контролируемой поверхности таким образом, что расстояние от наиболее удаленной точки этой поверхности, проведенное по нормали, до прилегающей плоскости имеет наименьшее значение, а далее производят вычисление величины неплоскостности относительно математической модели контролируемой поверхности. Технический результат - повышение точности и оптимизации определения неплоскостности поверхности многослойных композитных сотовых панелей. 3 ил.

 

Изобретение относится к технике проведения измерений и определения неплоскостности (отклонений от плоскостности) плоских поверхностей различной площади, в частности многослойных композитных панелей, преимущественно с сотовым заполнителем и тонкими обшивками. Изобретение может быть использовано в транспортном машиностроении и солнечной энергетике при создании легких, прочных конструкций, таких как каркасы солнечных батарей космических кораблей и станций, корпусов и платформ автоматических космических аппаратов, наземных солнечных панелей и другой техники, в которых требуется высокая точность изготовления плоских поверхностей для установки фотоэлектрических преобразователей, приборов и аппаратуры с минимальными зазорами по плоскостям прилегания.

В известных способах контроля неплоскостности с помощью различных устройств создают плоскость сравнения и измеряют расстояние от данной плоскости до контролируемой поверхности в заданных точках контроля. В данных случаях плоскость сравнения устанавливают либо горизонтально, либо параллельно плоскости к проходящей через три угла контролируемой поверхности.

Известен способ контроля плоскостности прямоугольных плит (а.с. 564512 МПК G01B 5/28 опубликовано 05.07.1977), в котором используют два поверочных мостика, поверочную линейку с закрепленным уровнем и отсчетную головку на штативе. Мостики устанавливают параллельно один другому по краям плиты так, что рабочие поверхности мостиков лежат в общей плоскости сравнения, накладывают концами линейку и отсчетной головкой измеряют расстояние от контролируемой точки поверхности плиты до линейки. В данном случае плоскость сравнения устанавливают горизонтально. За прилегающую плоскость в большинстве случаев допускают принимать плоскость, проходящую через одну диагональ параллельно другой.

Известен также способ (RU 2362111 С2 МПК G01B 11/30 (2006.01) опубликовано 20.07.2009) измерения отклонений от плоскостности, заключающийся в задании реальной горизонтально расположенной вспомогательной плоскости, установке базовой плоскости параллельно вспомогательной и горизонту и получения на основе двух реальных параллельных плоскостей взаимосвязанной системы для проведения настроек и измерений. В данном способе посредством стационарно установленного прибора, излучающего горизонтально установленный коллимированный лазерный луч, и принимающего прибора, содержащего оптический целевой знак с перекрестием, скрепленный с нониусом, установленным на вертикальной линейной измерительной шкале с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Сначала задают реальную горизонтально расположенную вспомогательную плоскость, создаваемую лазерным лучом при повороте и фиксируют расположение данной плоскости по показаниям линейной шкалы и нониуса, принимая показания линейной шкалы и нониуса за нулевую отметку, далее устанавливают рабочую поверхность плиты параллельно горизонту и вспомогательной плите, а измерения отклонений от плоскостности проводят без перенастройки измерительного устройства путем перемещения в точки плиты только принимающего прибора и определения вертикальных отклонений центра перекрестия целевого знака от уровня вспомогательной плоскости по шкале и нониусу принимающего прибора.

Недостатками всех указанных способов является необходимость построения вспомогательных плоскостей, относительно которых производятся измерения отклонения от плоскотности, в то время как стандартизованное понятие неплоскостности (отклонения от плоскостности) предопределяет необходимость построения прилегающей плоскости к контролируемой поверхности и дальнейшее определение наибольшего расстояния от точек реальной поверхности до прилегающей плоскости. Кроме того, в указанных способах контролирующие устройства либо части устройств размещаются на контролируемой поверхности и соприкасающихся с поверхностью не в конкретной измеряемой точке, а по некой поверхности, имеющей определенную площадь и следовательно множество точек, не позволяя однозначно определить координаты контролируемой точки поверхности. Вдобавок механические воздействия, устанавливаемых устройств, за счет веса могут деформировать в определенных случаях контролируемую поверхность, что приводит к искажению результата контроля.

Задачей данного изобретения является повышение точности определения неплоскостности, как наибольшего расстояния от точек реальной контролируемой поверхности до прилегающей плоскости, посредством относительного простого способа на базе стандартных элементов, которое производится оперативно с помощью математических расчетов и построений, выполненных с помощью программных средств.

Сущность данного изобретения заключается в том, что в способе измерения неплоскостности поверхности многослойных сотовых панелей, включающем закрепление панели на горизонтальную плиту, служащую базовой поверхностью для установки перемещающихся стоек с закрепленной горизонтально поверочной линейкой с измерительной головкой и индикатором, отличающийся тем, что перед закреплением на горизонтальную плиту на многослойную композитную панель производят нанесение контрольных точек, далее производят настройку в начальной точке L₀ измерительной головки, проведение последующих перемещений стоек и установку измерительной головки в точки измерения и получение в данных точках показаний отклонений от показаний в начальной точке, затем, на основании произведенных измерений производят построение математической модели контролируемой поверхности, на которую далее при помощи средств компьютерного моделирования производят наложение n математических моделей плоскостей, расположенных таким образом, что каждая плоскость соприкасается с математической моделью контролируемой поверхности вне материальной части многослойной композитной панели, затем из них производят выбор прилегающей плоскости по отношению к математической модели контролируемой поверхности таким образом, что расстояние от наиболее удаленной точки этой поверхности, проведенное по нормали, до прилегающей плоскости имеет наименьшее значение, а далее производят вычисление величины неплоскостности относительно математической модели контролируемой поверхности.

Технический результат данного изобретения, заключается в повышении точности и оптимизации определения неплоскостности поверхности многослойных сотовых панелей.

Сущность изобретения проиллюстрирована чертежами на фиг. 1-3:

на фиг. 1 показана схема расположения прилегающих плоскостей к измеряемой поверхности;

на фиг. 2 - измерительное устройство;

на фиг. 3 - измерительное устройство (вид сверху).

Способ измерения неплоскостности многослойных композитных панелей относится к способам определения неплоскостности (отклонений от плоскостности) поверхностей многослойных панелей с тонкими обшивками из композиционных материалов с помощью простого измерительного устройства, преимущественно в случаях, когда применение других способов и устройств невозможно в силу ограничений усилий механического воздействия на поверхность обшивок из-за малой их толщины и опасности повреждений, и, как следствие, невозможность установки на поверхность панели контролирующих устройств, особого взаимодействия световых лучей с поверхностью панелей вследствие прозрачности обшивок для светового излучения, а также когда использование специального дорогостоящего крупногабаритного координатно-измерительного оборудования является экономически нецелесообразным.

Способ реализуется с помощью измерительного устройства (фиг 2, 3), состоящего из размещенной горизонтальной плиты 1, на которую укладывается многослойная композитная панель с контролируемой поверхностью 2, переходных опор 3, установленных в зонах базовых опорных узлов многослойной композитной панели, упора 4, фиксирующего от возможных перемещений многослойной композитной панели, на горизонтальной плите 1 установлены подвижные стойки 5, на которых горизонтально закреплена поверочная линейка 6 с перемещающейся кареткой 7, в которой закреплена измерительная головка 8 с индикатором.

Реализация способа осуществляется следующим образом: на горизонтальную плиту 1 устанавливают многослойную композитную панель с контролируемой поверхностью 2 с предварительно нанесенными точками L_i (i=0; 1; 2…n) с заданными координатами. Базирование многослойной композитной панели на горизонтальной плите 1 осуществляют с помощью переходных опор 3, установленных в зонах базовых опорных узлов многослойной композитной панели и фиксируют от возможных перемещений с помощью упоров 4. На плите размещают подвижные стойки 5, в которых горизонтально устанавливают поверочную линейку 6 с перемещающейся направляющей кареткой 7, в которой закреплена измерительная головка 8 с индикатором. Перемещая подвижные опоры 5 по горизонтальной плите 1 и направляющую каретку 7 по поверочной линейке 6 совмещают шток индикатора с точкой контроля L₀; причем базовые размеры переходных опор 3, линейки 6, направляющей каретки 7, измерительной головки 8 с индикатором выбирают из условия, что шток индикатора в любой точке контролируемой поверхности 2 гарантировано касается контролируемой поверхности 2 с усилием, исключающим возможность повреждения обшивки. В точке L₀ настраивают показания индикатора таким образом, что шток касается поверхности обшивки панели, а стрелка малой шкалы индикатора находится на отметке 5 мм, стрелка большой шкалы совмещена с нулевой отметкой. Последовательным перемещением подвижных стоек 5 и направляющей каретки 7 производят измерения во всех контролируемых точках по показаниям значений на большой шкале индикатора в долях миллиметра и на малой шкале в миллиметрах. Измеренные значения в виде таблицы, описывающей координаты контрольных точек и измеренные значения по индикатору заносят в базу данных ПЭВМ и посредством программы, выполняют построение математической модели контролируемой поверхности 2 многослойной композитной панели. Затем производят построение математических моделей плоскостей, расположенных таким образом, что каждая плоскость соприкасается с математической моделью контролируемой поверхности вне материальной части панели. А далее из них определяют прилегающую плоскость: она расположена таким образом, что соприкасается с контролируемой поверхностью вне материальной части многослойной композитной панели и располагается по отношению к контролируемой поверхности 2 так, что расстояние от наиболее удаленной точки этой поверхности до прилегающей плоскости имеет наименьшее значение. Затем производится вычисление максимального расстояния от контролируемой поверхности 2 до прилегающей плоскости, величина которого и является искомой величиной неплоскостности (отклонения от плоскостности).

Таким образом, на основании произведенного обмера в ходе обработки полученных данных посредством компьютерной программы строится математическая модель контролируемой поверхности многослойной композитной панели а (фиг. 3) На математическую модель контролируемой поверхности 2 при помощи средств компьютерного моделирования накладывается n плоскостей b (b₁, b₂, …b_n), расположенных таким образом, что каждая плоскость соприкасается с математической моделью контролируемой поверхности вне материальной части панели, из этих плоскостей выбирается прилегающая плоскость по отношению к контролируемой поверхности таким образом, что расстояние от наиболее удаленной точки данной поверхности, проведенное по нормали, до прилегающей плоскости имеет наименьшее значение затем производится вычисление максимального расстояния от измеряемой поверхности до прилегающей плоскости, являющейся искомой величиной неплоскостности

Поставленная задача решена, получен простой способ на базе стандартных элементов для реализации принципа определения неплоскостности как наибольшего расстояния от точек реальной контролируемой поверхности до прилегающей плоскости, который производится оперативно с высокой точностью с помощью математических расчетов и построений, выполненных с помощью программных средств.

Способ измерения неплоскостности многослойных композитных панелей, включающий закрепление панели на горизонтальную плиту, служащую базовой поверхностью для установки перемещающихся стоек с закрепленой горизонтально поверочной линейкой с измерительной головкой и индикатором, отличающийся тем, что перед закреплением на горизонтальную плиту на многослойную композитную панель производят нанесение контрольных точек, далее производят настройку в начальной точке L₀ измерительной головки, проведение последующих перемещений стоек и установку измерительной головки в точки измерения и получение в данных точках показаний отклонений от показаний в начальной точке, затем на основании произведенных измерений производят построение математической модели контролируемой поверхности, на которую далее при помощи средств компьютерного моделирования производят наложение n математических моделей плоскостей, расположенных таким образом, что каждая плоскость соприкасается с математической моделью контролируемой поверхности вне материальной части многослойной композитной панели, затем из них производят выбор прилегающей плоскости по отношению к математической модели контролируемой поверхности таким образом, что расстояние от наиболее удаленной точки этой поверхности, проведенное по нормали, до прилегающей плоскости имеет наименьшее значение, а далее производят вычисление величины неплоскостности относительно математической модели контролируемой поверхности.