Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ И ДРУГИХ ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АБРАЗИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ - Патент РФ 2151385
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ И ДРУГИХ ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АБРАЗИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ И ДРУГИХ ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АБРАЗИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ И ДРУГИХ ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АБРАЗИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Устройство может быть использовано для определения модуля Юнга, прочности, пористости и т.п. абразивных инструментов, а также изделий из керамических, углеродных и др. материалов. Устройство содержит средство для приема и преобразования в электрический сигнал упругих колебаний изделия, возбуждаемых в нем механическим ударом, усилитель и электронный блок, обеспечивающий анализ принятых колебаний, выделение и регистрацию частоты собственных колебаний и расчет скорости распространения продольных упругих колебаний, по которой судят о твердости изделия. Устройство выполнено в виде носимого пульта, в котором размещены средство для приема и преобразования и электронный блок в виде микроконтроллера, один вход которого через усилитель соединен со средством для приема и преобразования колебаний, другой вход - с пленочной клавиатурой, а выход - с жидкокристаллическим дисплеем. В корпусе устройства имеются ниша для установки аккумуляторных батарей с индикатором уменьшения уровня питания, блок оперативной памяти, гнездо для подключения внешнего средства для приема и преобразования, в качестве которого используется микрофон или пьезодатчик. Устройство позволяет получать степень твердости абразивного инструмента, а также другие физико-механические свойства изделий без использования градуировочных таблиц или проведения расчетов. 11 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2151385
Класс(ы) патента: G01N3/40
Номер заявки: 98109010/28
Дата подачи заявки: 12.05.1998
Дата публикации: 20.06.2000
Заявитель(и): Открытое акционерное общество "Абразивы и шлифование"
Автор(ы): Кропотов А.О.; Кононов О.А.; Коварская Е.З.; Московенко И.Б.; Хаит А.Л.; Славина Л.Я.
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Абразивы и шлифование"
Описание изобретения: Изобретение относится к средствам испытания физико-механических свойств изделий и предназначено для определения твердости абразивных инструментов. Изобретение также может быть использовано для определения таких физико-механических свойств, как модуль Юнга, прочность, пористость и т.п. абразивных инструментов, а также изделий из керамических, углеродных и др. материалов.
Известны устройства для контроля твердости абразивных изделий, основанные на наличии корреляционной зависимости между твердостью и параметрами спектра частот собственных колебаний /1/. С помощью этих устройств производится измерение частоты собственных колебаний изделия (ЧСК), а определение твердости и упругих констант, например модуля Юнга, осуществляется по градуировочным таблицам "частота-твердость" или путем расчета. Для измерения ЧСК используются как метод вынужденных колебаний, так и метод свободных колебаний. Приборы, основанные на методе свободных колебаний, содержат приемник механических колебаний (микрофон или пьзодатчик), осуществляющий прием и преобразование в электрический сигнал колебаний, возбуждаемых в изделии механическим ударом, усилитель и частотомерное устройство. Для выделения ЧСК определенного вида (моды) колебаний приборы могут быть снабжены частотными фильтрами.
Основным недостатком этих приборов является то, что для получения конечного результата измерений - степени твердости абразивного изделия требуется перевод цифровых показаний приборов (значений ЧСК) в степени твердости по градуировочным таблицам, причем, учитывая, что ЧСК изделия зависит не только от физико-механических свойств (твердости) изделия, но и от его формы и размеров, а также от вида возбуждаемых колебаний, число таких таблиц может быть достаточно большим.
Наиболее близко к заявляемому изобретению устройство (прототип) - прибор "Звук-2003" /2/, основанный на методе свободных колебаний и реализующий способ определения твердости абразивных изделий по а.с. 1425524. В этом приборе кроме измерения ЧСК изделия предусмотрено определение значения упругой константы - скорости распространения упругих продольных колебаний в бесконечно длинном тонком стержне, изготовленном из того же материала, что и контролируемое изделие (стержневой скорости звука), далее скорость звука C1 или скорость C1, по которой по градуировочным таблицам определяют степень твердости изделия в цифровом виде (в звуковых индексах-градациях скорости C1 с шагом 200 м/с) по ГОСТ 25961-83 или в буквенном обозначении, принятом для абразивных изделий, например, по ГОСТ 18118. Число градуировочных таблиц при этом значительно сокращается за счет того, что скорость C1 не зависит от формы и размеров изделия, а также от моды колебаний. Градуировочная таблица в этом случае представляет собой таблицу соответствия между скоростью звука (или звуковым индексом) и степенью твердости и может быть использована для любого типоразмера абразивных изделий, изготовленных из определенных компонентов, например абразивных изделий на керамической связке из электрокорундовых материалов зернистостью свыше 6 (см. ГОСТ 25961-83, приложение 2), причем одной степени твердости соответствует определенный интервал значений скорости C1. Таким образом, хотя и достигается значительное уменьшение количества градуировочных таблиц, однако, полностью не исключается необходимость их применения.
Определение скорости C1 в приборе "Звук-203" осуществляется путем измерения количества периодов собственных колебаний изделия в течение заданного времени, численно равного коэффициенту пропорциональности между скоростью C1 и ЧСК, называемому далее коэффициентом формы. Прибор "Звук-203" содержит приемник упругих колебаний (микрофон) и электронный блок, включающий средства анализа и выделения сигнала с частотой, равной ЧСК изделий (усилитель, полосовые фильтры), частотомерное устройство и формирователь управляющего сигнала, длительность которого задает время измерения численно, равным коэффициенту формы.
Коэффициент формы зависит от типоразмера контролируемого изделия и устанавливается перед началом контроля изделий данного типоразмера с помощью декадного переключателя, расположенного на передней панели прибора.
Цифровое табло прибора выполнено на газоразярдных знакосинтезирующих лампах, прибор работает от сети переменного тока.
На первый взгляд представляется не сложным сделать в известном приборе дополнительное устройство, которое бы позволяло получать отсчет не только скорости C1, но и степени твердости, поскольку имеется цифровой отсчет C1 и таблица соответствия между C1 и степенями твердости.
Однако этому препятствует существенный недостаток, присущий известному устройству: недостоверность единичного измерения. Этот недостаток обусловлен особенностью измерения скорости C1 известным устройством, связанной с тем, что определение скорости C1 осуществляется путем измерения количества периодов собственных колебаний изделия в течение заданного времени, численно равного коэффициенту формы. Ясно, что достоверный результат измерения может быть получен лишь в том случае, когда возбужденные механическим ударом собственные колебания изделия не прекращаются в течение всего заданного времени. Однако на практике возможны случаи, когда в связи с какими-либо причинами: большое затухание колебаний в изделии, недостаточная сила удара и др. , время колебаний изделия после нанесения по нему удара меньше заданного времени измерения. В таких случаях полученный по прибору отсчет будет меньше того, который был бы получен при нормальном измерении, причем этот отсчет носит случайный характер, поскольку зависит от силы удара, свойств материала и др.
Другой причиной недостоверности единичного измерения в известном устройстве является то, что в течение заданного времени должно производиться измерение количества периодов собственных колебаний, а на практике в это количество могут попасть не только периоды собственных колебаний, но и периоды колебаний, связанные непосредственно с ударным воздействием. Известно, что сразу после нанесения механического удара по изделию в нем возникают колебания, связанные с ударом, и только спустя некоторое время (время переходного процесса) в изделии устанавливаются свободные колебания. Для выделения свободных колебаний на собственной частоте определенного вида (моды) в приборе "Звук-203" используются частотные фильтры. Эти же фильтры уменьшают влияние переходного процесса, т.к. обычно измеряемая ЧСК изделия лежит выше частот, которые присутствуют во время переходного процесса (ударное воздействие имеет достаточно низкие частоты). Однако при контроле крупногабаритных изделий, имеющих, как правило, низкие ЧСК, применение фильтров для исключения переходного процесса недостаточно эффективно, в результате чего полученный отсчет может зависеть от силы удара, его направления и других случайных факторов.
Для исключения вероятности получения недостоверного отсчета, вызванного той или иной причиной, при использовании известного устройства-прибора "Звук-203" необходимо производить измерения несколько раз, при этом результат является достоверным в том случае, если различие между двумя последовательными измерениями не превышает погрешности измерения, поскольку слишком мала вероятность получить два одинаковых результата при случайном характере причин, вызывающих различия в измерениях.
Отсутствие информации о достоверности единичного измерения не только создает неудобства для практического использования известного устройства (измерения надо всегда производить не менее 2-х раз), но и делает невозможным получение на табло прибора конечного результата в виде степени твердости.
Поясним это на конкретном примере. Допустим, измерению подлежит абразивный круг на керамической связке из электрокорунда зернистостью свыше 6. Для абразивных изделий такого вида погрешность измерения на приборе "Звук-203" составляет 10 м/с. Соотношение между акустическими параметрами: скоростью звука и звуковыми индексами, и степенями твердости в буквенном обозначении в соответствии с ГОСТ 25961-83, приложение 2, представлены в табл. 1.
Предположим, что в результате нескольких последовательных измерений одного и того же круга на приборе "Звук-203" были получены значения скорости звука С1, приведенные в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что различия между двумя последовательными измерениями меньше погрешности измерения, начиная с третьего измерения, т.е. достоверными являются измерения 3, 4 и 5, круг имеет твердость СМ2.
Теперь предположим, что в прибор "Звук-203" встроено устройство, позволяющее получать индикацию в виде степени твердости в буквенном обозначении по таблице 1, что достаточно просто сделать обычными электронными средствами, имея цифровой отсчет скорости С1.
Поскольку на одну степень твердости приходится гораздо больший интервал значений скорости звука (200-400 м/с), чем погрешность измерения (10 м/с), то получение одной и той же степени твердости на таком приборе при 2-х последовательных измерениях не может гарантировать их достоверность. Так в приведенном примере оператор вполне мог бы принять за достоверные результаты 1-го и 2-го измерений, поскольку при этих измерениях зарегистрирована одна и та же степень твердости М3, и получил бы ошибочный результат.
Таким образом, отсутствие информации о достоверности единичного измерения является существенным недостатком, не позволяющим получать отсчет по прибору в виде степени твердости.
Другими существенными недостатками известного устройства являются его относительная громоздкость и необходимость питания от электросети 220 В, что значительно осложняет использование устройства в цеховых условиях.
Указанные недостатки устраняются тем, что предлагаемое устройство выполнено в виде носимого пульта, в котором размещены средство для приема и преобразования в электрический сигнал колебаний и электронный блок в виде микроконтроллера, один вход которого через усилитель соединен со средством для приема и преобразования колебаний, другой вход - с пленочной клавиатурой, а выход соединен с жидкокристаллическим дисплеем, при этом обеспечивается введение и индикация на дисплее следующих входных данных процессов измерения: заданное время или число периодов измерения, время задержки начала измерения от момента нанесения удара, частотный поддиапазон, коэффициент пропорциональности между частотой собственных колебаний и скоростью распространения продольных упругих колебаний, вид связки и материал абразивных зерен изделия, а также индикация следующих выходных данных процессов измерения: отношение фактического времени измерения или фактического числа периодов к заданному, по которому судят о достоверности измерения, условный знак, обозначающий необходимость изменения поддиапазона в случае непопадания частоты собственных колебаний изделия в выбранный поддиапазон, и конечный результат измерения в виде частоты собственных колебаний или скорости распространения упругих колебаний или степени твердости в цифровом или буквенном обозначении по заранее определенным и введенным в микроконтроллер соотношениям между скоростью распространения продольных упругих колебаний и твердостью в зависимости от вида связки и материала абразивных зерен изделия.
Предлагаемое устройство может содержать средства для вывода на жидкокристаллический дисплей значения модуля Юнга Е, полученного путем расчета по известной формуле при введении с помощью пленочной клавиатуры дополнительных входных данных: массы изделия и его размеров или плотности, а также средства для проведения корректировки считываемой с дисплея степени твердости в буквенном обозначении путем введения новых корреляционных зависимостей между значением скорости распространения упругих колебаний и твердостью, измеренной механическими методами, для новых видов абразивных материалов и связок. Устройство может содержать средства для получения путем статистической обработки результатов предварительных измерений корреляционных зависимостей между скоростью распространения продольных упругих колебаний и другими физико-механическими характеристиками изделий, например прочностью, пористостью и т.п. с индикацией на дисплее этих характеристик при текущих измерениях по полученным корреляционным зависимостям.
Устройство может содержать блок оперативной памяти для записи результатов измерений, обеспечивающий возможность считывания в стационарные информационные системы.
Устройство может быть снабжено средствами для осуществления индикации на жидкокристаллическом дисплее условного знака, имеющего три положения, соответствующие трем состояниям устройства: запрет измерения, разрешение измерения и момент проведения измерения.
Для использования в качестве средства для выделения частоты собственных колебаний изделия аналогового фильтра в микроконтроллере предусмотрена подпрограмма для логической обработки сигнала после фильтра, обеспечивающая отсечение колебаний с периодами, выходящими за пределы полосы пропускания данного фильтра.
В корпусе устройства может находиться ниша для установки аккумуляторных батарей и гнездо для включения подзарядного устройства для осуществления питания устройства как от аккумуляторных батарей, так и от сети напряжением 220 В через подзарядное устройство с одновременной подзарядной аккумуляторных батарей; может быть предусмотрена регистрация уменьшения уровня напряжения аккумуляторных батарей до критического допустимого уровня с индикацией в виде условного знака на жидкокристаллическом дисплее.
Устройство может работать с внешним средством для приема и преобразования в электрический сигнал колебаний, в качестве которого может быть использован микрофон или пьезодатчик, причем последний может иметь металлический корпус с куполообразной насадкой и использоваться одновременно и для возбуждения механических колебаний в изделии, и для приема колебаний.
Для удобства удержания устройства в руке к его корпусу может быть прикреплена резиновая ручка-фиксатор.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 дан общий вид; на фиг. 2 - блок-схема; на фиг. 3 - индикация на дисплее в режиме ввода данных и в режиме измерения; на фиг. 4 - расположение абразивного круга на позиции измерения и форма колебаний на частоте fd; на фиг. 5 - временные диаграммы.
Устройство состоит (см. фиг. 1, 2) из микроконтроллера 1, один вход которого через усилитель 2 и частотный фильтр (фильтр может быть выполнен на базе микроконтроллера) соединен со средством для приема и преобразования в электрический сигнал колебаний - приемником колебаний 3 (микрофоном или пьезодатчиком), другой - -с пленочной клавиатурой 4, а выход - с жидкокристаллическим дисплеем 5; блока питания, выполненного в виде аккумуляторных батарей 6 с возможностью питания и/или подзарядки от сети переменного тока через клемму 7 и снабженного индикаторной лампой 8 полной подзарядки аккумуляторных батарей, и корпуса 9, выполненного в виде пульта со встроенным приемником колебаний 3, гнездом для подключения внешнего приемника колебаний 10 и нишей 11 для установки аккумуляторных батарей, разъемом 12 для интерфейса и снабженного резиновой ручкой-фиксатором 13.
Устройство имеет два режима работы: режим ввода данных и режим измерения. В первом режиме производится подготовка устройства для контроля определенного абразивного инструмента, во втором - осуществляется измерение и индикация результатов.
В режиме ввода данных (устанавливается сразу после включения) устройство работает следующим образом.
На жидкокристаллическом дисплее высвечивается основное меню, номер и граничные частоты поддиапазона, знак, показывающий тип питания прибора и необходимость его подзарядки (фиг. 3a). Перед началом измерения в устройство с помощью клавиатуры вводятся входные данные, необходимые для контроля абразивных инструментов определенного типоразмера и изготовленных из определенных компонентов (тип связки и материал абразивных зерен). Система ввода данных и основного меню выполнены с использованием известных средств, принятых в вычислительной технике.
Последовательно вводят данные в каждый пункт меню. Пункт меню К дает возможность выбрать корреляционную зависимость (или таблицу соответствия между звуковыми индексами и степенями твердости в буквенном обозначении) в зависимости от типа связки (керамическая, бакелитовая или вулканитовая) и типа материала абразивных зерен (электрокорунд или карбид кремния), например, по ГОСТ 25961-83, приложение 2. Возможно введение в этот пункт подменю, выходящего на программу статистической обработки данных. В этом случае возможно введение новых зависимостей для особых видов абразивных изделий (или изделий из других материалов).
Второй пункт меню F устанавливает коэффициент формы для контроля изделий данного типоразмера. Величина коэффициента формы зависит от типоразмера контролируемого изделия и вида (моды) возбуждаемых колебаний (изгибные, продольные, плоские и т.п.), частота которых будет регистрироваться устройством. Например, для абразивных кругов, представляющих собой по форме диск с отверстием, обычно возбуждают изгибные (fизг) или плоские (fd) колебания с двумя узловыми диаметрами, причем последние предпочтительнее, т.к. их частота не зависит от высоты круга. Для абразивных брусков возбуждают изгибные (fизг) или продольные (fпр) колебания. Расчет коэффициентов формы производится по известным формулам. Для стандартных размеров инструментов коэффициенты форы приведены в ГОСТ 25961-83. Коэффициент формы может вводиться либо в виде числа, либо рассчитываться по введенным заранее в микроконтроллер формулам. В последнем случае пункт меню "F" должен иметь подменю, в котором делается выбор той или иной моды колебаний, формы изделия и вводятся размеры.
Третий пункт основного меню T вводит время задержки начала измерения в пределах от 0 до 9999 мс. Как показали проведенные нами эксперименты, оптимальное время задержки зависит от затухания колебаний в изделии, которое определяется видом связки (для изделий на керамической связке затухание меньше, чем для изделий на органической связке) и от размеров изделия (обычно для изделий большого размера, имеющих низкие частоты, затухание меньше). Могут быть рекомендованы следующие значения времени задержки: для изделий на органических связках 2-10 мс, для изделий на керамических связках средних размеров (от 100 до 600 мм) 10-100 мс, для тонких кругов на керамической связке большого диаметра (свыше 600 мм) 100-300 мс.
Четвертый пункт меняю tизм. устанавливает заданное время (число периодов) измерения tизм.з. Оптимальное значение этого времени также зависит от захутания упругих колебаний. Время измерения (или число измеряемых периодов собственных колебаний) не должно быть меньше некоторого значения tизм.min, обеспечивающего точность измерения. Время tизм.min зависит от значения регистрируемой частоты, может быть вычислено заранее для средней частоты каждого частотного поддиапазона прибора и введено в устройство таким образом, чтобы для данного частотного поддиапазона при любой установке значения tизм.з с помощью пункта меню "tизм" оно было бы не меньше рассчитанного значения tизм.min. Проведенные нами эксперименты показали, что оптимальным временем для изделий на органических связках является tизм.з = 20-100 мс, для изделий на керамических связках - tизм.з = 70-200 мс.
Правильность выбора времени задержки T и времени измерения tизм.з может быть проверена при работе прибора в режиме измерения.
Пятый пункт меню (М, Р, Ф) нужен для расчета модулей Юнга Е (расчет осуществляется по формуле: E = Cl2·ρ) и с его помощью вводится либо плотностью "ρ" изделия, либо его масса М, размеры Р и форма Ф с последующим выходом на подпрограмму расчета плотности.
Поддиапазон измеряемых частот ПД устанавливается в виде номера с помощью цифровых клавиш в зависимости от типоразмера и типа связки контролируемого изделия, при этом на жидкокристаллическом дисплее осуществляется индикация номера поддиапазона и граничных значений частот. Устройство может иметь ряд поддиапазонов (до ~ 15 с общим диапазоном от ~ 20 до ~ 17000 Гц, ширина поддиапазона (отношение частоты верхней граничной частоты к нижней 1, 8, перекрытие диапазонов ~ 20%. Эти значения рекомендуется выбирать для обеспечения наибольшей вероятности того, что измерение изделий данного типоразмера любой твердости будет осуществляться на одном поддиапазоне (в зависимости от твердости частота может изменяться приблизительно в 1,8 раза).
Средние частоты fср. поддиапазонов могут быть выбраны так, чтобы обеспечить наибольшее удобство при контроле абразивных кругов стандартных размеров, т.е. чтобы эта частота была близка к частоте собственных колебаний кругов стандартных размеров средней твердости. Поскольку можно заранее рассчитать значения частот собственных колебаний изделий различных типоразмеров с использованием известных формул и возможных значений скорости звука С1 в абразивных изделиях /1/, рекомендуемые номера поддиапазонов при контроле изделий стандартных размеров могут быть указаны в виде таблицы в инструкции по эксплуатации устройства. Возможно также определение необходимого поддиапазона экспериментально путем перебора всех поддиапазонов (при непопадании ЧСК изделия в выбранный поддиапазон в режиме измерения устройство выдаст знак обозначающий необходимость смены поддиапазона).
После установки всех входных данных переходят непосредственно и к проведению измерений. В режиме измерения устройство работает следующим образом.
По контролируемому абразивному изделию наносят механический удар с помощью ударника, например молотка массой 100-200 г. Место нанесения удара и его направление зависят от того, какой вид (моду) колебаний, например изгибные, продольные, крутильные, плоские, желательно возбудить в контролируемом изделии. Как указывалось выше, для абразивных кругов предпочтительнее возбуждение плоских колебаний с частотой fd. Для возбуждения плоских колебаний абразивный круг необходимо расположить на любой опоре (пол, стол и т.п.) вертикально (см. фиг. 4). Удар наносят по цилиндрической поверхности круга в направлении к его центру в пучности колебаний - в одной из областей, расположенных под углом 45o к диаметру, проходящему через опору (см. форму колебаний на фиг. 4).
В результате удара в контролируемом изделии возникают механические колебания, причем спустя некоторое время - время переходного процесса, устанавливаются свободные затухающие колебания. Возникающие в изделии механические колебания принимаются приемником, в качестве которого может быть использован микрофон или пьезодатчик, и преобразуются в электрический сигнал, который после усиления подается на вход микроконтроллера и автоматически переводит устройство из режима ввода данных в режим измерения. Для приема плоских колебаний приемник должен располагаться в одной из областей "В" (пучности колебаний). В случае использования встроенного в устройство микрофона к кругу подносят устройство той стороной, где находится микрофон.
Микрофон должен располагаться над цилиндрической поверхностью круга на расстоянии 1-10 мм.
При использовании в качестве приемника пьезодатчика, он должен касаться поверхности круга в одной из областей В.
В случае, если пьезодатчик снабжен куполообразной насадкой, он может быть использован одновременно и в качестве ударника и приемника колебаний, при этом удар осуществляется в момент касания датчиком поверхности круга.
Временная диаграмма процесса измерения представлена на фиг. 5. Нулевой момент времени соответствует моменту нанесения удара (первому принятому импульсу).
Обычными средствами, принятыми в вычислительной технике, осуществляется цифровая обработка принятого сигнала, отсекается время переходного процесса (время задержки Т), и производится выделение частоты fd путем фильтрации сигнала в соответствии с установленным ранее поддиапазоном и вычисление ее величины по среднему значению ее периода за фактическое время измерения tизм.ф (см. фиг. 5). Для фильтрации сигнала возможно использование как цифровых, так и аналоговых фильтров. В последнем случае для устранения нечеткости границ аналоговой полосовой фильтрации необходимо проведение логической обработки сигнала, при которой отсекаются отдельные колебания с периодами, выходящими за пределы данного частотного поддиапазона.
При измерениях возможны два случая: колебания не успевают затухнуть в течение времени измерения tизм.з, заданного при вводе данных (фиг. 5а), и колебания затухают до истечения времени tизм.з (фиг. 5б). И в том, и в другом случае в микроконтроллере осуществляется измерение tизм.ф., вычисление отношения tизм.ф/tизм.з в процентах и вывод этого отношения на дисплей (в цифровом или графическом виде) наряду со значением частоты собственных колебаний f (фиг. 3б). По отношению tизм.ф/tизм.з судят о достоверности измерений. Малая величина этого отношения (менее 50%) означает, что в процессе измерения было учтено менее половины из желаемого количества периодов tс.к., по которым определяется частота f, причем учтены колебания на "хвосте" сигнала, соответствующего свободным колебаниям, сильно зависящие от затухания, что может внести ошибку в результат измерения. В этом случае следует, выйдя в режим ввода данных, изменить время задержки T и/или время измерения tизм.з и повторить измерение. При контроле стандартных абразивных изделий рекомендованные выше значения T и tизм.з дают обычно отношения tизм.ф/tизм.з 70-100%, что обеспечивает достаточную точность измерений (не ниже 1%).
При непопадании собственной частоты f в установленный частотный поддиапазон измерений на дисплей выдается сообщение в виде знака В этом случае необходимо сменить номер частотного поддиапазона и повторить измерения. По частоте f в микроконтроллере осуществляется вычисление скорости С1 (по формуле: C1=f/F, где F - коэффициент формы), определение звукового индекса и твердости в буквенном обозначении по таблицам ГОСТ 25961-83, внесенным в пункт меню К, и вычисление модуля Юнга Е по формуле: E = Cl2·ρ), где ρ - плотность. При введении в пункт меню К подменю возможно определение твердости (или других физико-механических характеристик) по другим, в том числе определенным в результате статистической обработки данных, корреляционным зависимостям.
Просмотр на дисплее результата измерений в различных формах может производиться последовательно путем переключения какой-либо из функциональных клавиш.
Для удобства в работе с устройством возможна выдача на дисплей знака о готовности устройства к измерениям, например, в виде знака , о проведении измерений (в этот момент знак в виде молоточка может менять свое положение на горизонтальное ) и о запрете измерения, например, в виде знака Последний режим удобен при просмотре результатов измерений и исключает сброс данных в результате срабатывания от случайных факторов. В этом же режиме возможно занесение результатов измерений в оперативную память для последующего считывания в стационарные информационные системы.
Для большего удобства при работе в цеховых условиях может быть предусмотрена подсветка дисплея.
Переход из одного режима в другой, переход на различные пункты меню, просмотр результатов измерений в различных формах осуществляется с помощью функциональных клавиш клавиатуры.
Сравнение предлагаемого устройства с известными приборами: отечественным "Звук-203" и зарубежными - прибор "Grindo Sonic" (фирмы "Lemmens Elektronika", Бельгия), "Sonic Comparator" (фирмы "Saturn Elektrinics Co", Канада) показывает, что впервые в мировой практике появилась возможность создать переносное, удобное в использовании устройство для контроля твердости абразивных кругов с индикацией конечного результата измерений в виде степени твердости, в том числе и в буквенном обозначении, принятом для абразивных изделий, без использования градуировочных таблиц или проведения расчетов.
Применение современной электронной базы в виде микроконтроллера значительно расширяет возможности устройства по сравнению с известными аналогами: в считанные секунды возможно получение достоверной информации в удобном виде, причем кроме определения частоты, скорости звука и твердости возможно определение и других физико-механических характеристик абразивных изделий, например модуля Юнга. При дополнительном введении в устройство через пункт меню К различных корреляционных зависимостей между скоростью звука С1 и другими физико-механическими свойствами изделий, связанными со скоростью звука С1, например пористостью, прочностью и т.п., возможен быстродействующий неразрушающий контроль этих свойств в самых разнообразных изделиях. Применение микроконтроллера дает возможность записи в оперативную память результатов измерения с последующим их считыванием в стационарные информационные системы, в то время как известные устройства только имеют выход для подключения к компьютеру, но не хранят информацию.
Источники информации
1. Глаговский Б.А., Московенко И.Б. Низкочастотные акустические методы контроля в машиностроении. М.Л.: Машиностроение, 1977 - 208 с.
2. Средства измерения контроля управления. Отраслевой каталог, под редакцией Б.А. Глаговского, М., ВНИИТЭМР, 1989 - 40 с.
Формула изобретения: 1. Устройство для определения твердости и других физико-механических свойств абразивных изделий, содержащее средство для приема и преобразования в электрический сигнал упругих колебаний изделия, возбуждаемых в нем механическим ударом, усилитель и электронный блок, обеспечивающий анализ принятых колебаний, выделение и регистрацию частоты собственных колебаний и расчет скорости распространения продольных упругих колебаний, по которой судят о твердости изделия, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде носимого пульта, в котором размещены средство для приема и преобразования в электрический сигнал колебаний и электронный блок в виде микроконтроллера, один вход которого через усилитель соединен со средством для приема и преобразования колебаний, другой вход - с пленочной клавиатурой, а выход соединен с жидкокристаллическим дисплеем, при этом обеспечивается введение и индикация на дисплее следующих входных данных процесса измерения: заданное время или число периодов измерения, время задержки начала измерения от момента нанесения удара, частотный поддиапазон, коэффициент пропорциональности между частотой собственных колебаний и скоростью распространения продольных упругих колебаний, вид связки и материал абразивных зерен изделия, а также индикация следующих выходных данных процесса измерения: отношение фактического времени измерения или фактического числа периодов к заданному, по которому судят о достоверности измерения, условный знак, обозначающий необходимость изменения поддиапазона в случае непопадания частоты собственных колебаний изделия в выбранный поддиапазон, и конечный результат измерения в виде частоты собственных колебаний или скорости распространения упругих колебаний или степени твердости в цифровом или буквенном обозначении по заранее определенным и введенным в микроконтроллер соотношениям между скоростью распространения продольных упругих колебаний и твердостью в зависимости от вида связки и материала абразивных зерен изделия.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства для вывода на жидкокристаллический дисплей значения модуля Юнга Е, полученного путем расчета по известной формуле при введении с помощью пленочной клавиатуры дополнительных входных данных: массы изделия и его размеров или плотности.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства для проведения корректировки считываемой с дисплея степени твердости в буквенном обозначении путем введения новых корреляционных зависимостей между значением скорости распространения продольных упругих колебаний и твердостью, измеренной механическими методами, для новых видов абразивных материалов и связок.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства для получения путем статистической обработки результатов предварительных измерений корреляционных зависимостей между скоростью распространения продольных упругих колебаний и другими физико-механическими характеристиками изделий, например прочностью, пористостью и т.п. с индикацией на дисплее этих характеристик при текущих измерениях по полученным корреляционным зависимостям.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит блок оперативной памяти для записи результатов измерений, обеспечивающий возможность считывания в стационарные информационные системы.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства для осуществления индикации на жидкокристаллическом дисплее условного знака, имеющего три положения, соответствующих трем состояниям устройства: запрет измерения, разрешение измерения и момент проведения измерения.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для использования в качестве средства для выделения частоты собственных колебаний изделия аналогового фильтра в микроконтроллере предусмотрена подпрограмма для логической обработки сигнала после фильтра, обеспечивающая отсечение колебаний с периодами, выходящими за пределы полосы пропускания данного фильтра.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе устройства имеется ниша для установки аккумуляторных батарей и гнездо для включения подзарядного устройства для осуществления питания устройства как от аккумуляторных батарей, так и от сети напряжением 220 В через подзарядное устройство с одновременной подзарядкой аккумуляторных батарей.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что содержит средства для регистрации уменьшения уровня напряжения аккумуляторных батарей до критического допустимого уровня с индикацией в виде условного знака на жидкокристаллическом дисплее.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе имеется гнездо для подключения внешнего средства для приема и преобразования в электрический сигнал упругих колебаний, в качестве которого может быть использован микрофон или пьезодатчик.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что пьезоэлектрический датчик снабжен металлическим корпусом с куполообразной насадкой и используется одновременно и для возбуждения механических колебаний в изделии, и для приема колебаний.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус устройства снабжен резиновой ручкой-фиксатором для удобного удержания устройства в руке.