Электрокаплеструйный микроскопдля активного контроля неровностей поверхности изделия

6. Венцель Е. С. Теория вероятностей. М.: КНОРУС, 2010. 664 с.

7. Коннов Н. Н., Домнин А. Л. Разработка модели алгоритма «скользящего» окна цветными временными сетями Петри // Естественные и математические науки в современном мире: сб. матер. XI междунар. науч.-практ. конф. Новосибирск: СибАК, 2013. № 9-10.

8. Pramod Bhatotia, Marcel Dischinger, Rodrigo Rodrigues, Umut A. Acar. Slider: Incremental Sliding-Window Computations for Large-Scale Data Analysis. MPI-SWS, CITI / Universidade Nova de Lisboa, CMUTechnical Report: MPI-SWS-2012-004 September 2012 .

9. Абергауз Г. Г. [и др.]. Справочник по вероятностным расчетам. М.: Военное издательство МО СССР, 1966. 408 с.

10. Сартасов Н. А., Едвабный В. М., Грибин В. В. Коротковолновые магистральные радиоприемные устройства. М.: Связь, 1971. 288 с.

УДК 681.786.5

ЭЛЕКТРОКАПЛЕСТРУЙНЫЙ МИКРОСКОП ДЛЯ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ НЕРОВНОСТЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ

ELECTRO-DROP-JET MICROSCOPE FOR ACTIVE CONTROL OF THE SURFACE ROUGHNESS OF THE PRODUCT

Е. В. Леун

АО «НПО Лавочкина», г. Химки, Россия

E. V. Leun Lavochkin Association, Khimki, Russia

Аннотация. В статье обсуждаются вопросы состава, принципа действия, двух основных режимов работы и взаимосвязей основных параметров разработанного электрокаплеструйного микроскопа, реализующего новый способ визуализации поверхности изделия для активного контроля ее неровностей. В основе работы устройства лежит использование электрокаплеструйной технологии для управления траекторией движения когерентного монодисперсного потока капель прозрачной жидкости, в т.ч. являющейся СОЖ, выполняющих роль фокусирующих линз для передачи оптического изображения как у обычного твердотельного микроскопа. Регистрация изображения осуществляется импульсно. Представлены одно- и двухкапельный режимы работы электрокаплеструйного микроскопа: на основе одиночной движущейся капли и в виде сочетания эллипсоидной капли, сплюснутой после удара о поверхность изделия, и приближающейся к ней движущейся капли.

Ключевые слова: капля, жидкая линза, микроскоп, контроль неровностей поверхности изделия, элек-трокаплеструйные технологии.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-4-39-47

I. Введение

В настоящее время в ракетно-космических отраслях, станко-, машино- и приборостроении за рубежом и в России активно развиваются гидротехнологии, особенно на стыках разных направлений. Так, например, развиваются оптические методы и средства с использованием жидких линз, используемых для управления различными параметрами оптических потоков [1, 2]. Также совершенствуются гидроструйные и капельные технологии соответственно для обработки материалов и измерений размеров изделий, а также формирования монодисперсных когерентных капельных потоков для холодильников-излучателей космических аппаратов [3-5], в электрокаплеструйных технологиях для струйной печати, маркировки, крашения и промывки волокон и нитей [6-10], для изучения поведения капли или капельного потока в электрическом и магнитном полях [11], исследования характера и последствий удара капли о преграду [12-17] и т.д. Все это создает предпосылки для расширения области их применения за счет разработки методов и средств передачи оптических сигналов.

II. Постановка задачи

В 2015 году автором был разработан гидроструйный способ измерения линейных размеров изделий [18], который послужил основой для серии последующих исследований [19-22], связанных с использованием гидроструи в качестве «жидкого световода» с одно- и многомодовым режимами передачи света для высокоточных интерференционных измерений перемещений контролируемого объекта.

Однако разработанные способы и устройства контроля не позволяют реализовать визуализацию поверхности изделия для контроля ее неровностей, отклонений формы. Помимо этого, существует ряд ограничений, при которых использование твердотельных микроскопов затруднено или невозможно, например, из-за требований безопасности в связи с малым зазором с быстроперемещающимся изделием во время его обработки, высокой частоты вибрации изделия, превышающей быстродействие автофокусировки регистратора, невозможности стабильной установки регистратора вблизи подвижной зоны контроля. В связи с этим поиск технических решений и исследование капельных микроскопов, в которых движущиеся капля или капельный поток заменяли оптические линзы микроскопа является достаточно актуальным. В открытой печати не найдено подобных технических решений, и данная статья и разработка направлены на восполнение этого недостатка.

III. Теория

К настоящему времени разработан капельный способ активного контроля неровностей поверхности обрабатываемого изделия и капельный импульсный микроскоп (в дальнейшем - микроскоп) для его реализации, состав, принцип действия, особенности функционирования, а также вопросы взаимосвязей основных его параметров, которые представлены далее.

1. Состав и принцип действия капельного микроскопа

Разработанный микроскоп изображен на рис. 1, и на нем обозначены изделие 1, генератор капель 2, включающий емкость с прозрачной жидкостью 3, вибратор 4 и калиброванное сопло 5, капли 6, зарядное устройство (устройство сообщения униполярного заряда каплям) 7, отклоняющее устройство 8, схема управления 9, регистратор 10, включающий окуляр 11 и ПЗС-матрицу 12.

Рис. 1. Схема капельного импульсного микроскопа

Работа микроскопа рассмотрена на примере использования его для активного контроля во время обработки шлифовальным кругом (не показан) вращающегося со скоростью уизд изделия вокруг своей оси на круглошли-фовальном станке для двух режимов передачи света.

В разработанном микроскопе используется электрокаплеструйное устройство [8] для формирования направленного монодисперсного когерентного капельного потока с заданной траекторией движения в направлении к поверхности изделия 1, в начале под острым углом, а после отклоняющего устройства 8 под прямым углом.

Итак, в емкость 4 генератора капель 2 под постоянным давлением Рж подается прозрачная жидкость, например, вода, выполняющая также роль смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). На вибратор 3, выполненный на основе пьезоэлектрического преобразователя, с первого выхода схемы управления 9 подается переменный электрический сигнал ивибр, формирующий на струе, вытекающей в режиме ламинарного течения из упрочненного сопла 5 диаметром ёс , нарастающие вдоль струи по амплитуде колебания, приводящие в итоге к ее вынужденному капиллярному распаду и каплеобразованию. Ламинарность струи обеспечивается выполнением соотношений между скоростью струи устр, диаметром сопла 5 йа вязкостью жидкости V и максимальным значением числа Рейнольдса Яе : ^стр <Яе = 2300.

V

Далее из струи формируется когерентный поток монодисперсных капель, движущийся прямолинейно под острым углом к поверхности изделия 1 со скоростью укап 6 с управляемыми размерами dкап в диапазоне, как минимум, -50...400 мкм. Диаметр формируемых капель dкап для описанного режима работы равен удвоенному диаметру струи или сопла: dкап~ dc.

При пролете через зарядное устройство 7 капля 6 получает управляемый статический заряд, пропорциональный подаваемому со второго выхода схемы управления 9 напряжению изар в диапазоне до нескольких киловольт. Двигаясь далее и пролетая через отклоняющее устройство 8, капля отклоняется им на угол, пропорциональный амплитуде сигнала иотк, поступающего с третьего выхода схемы управления 9, подобно тому, как отклоняется и направляется в заданную точку электрон в кинескопе телевизора. При этом прямолинейная траектория движения капли 6 меняется на криволинейную.

В полете сформированные из струи капли испытывают небольшие затухающие колебания, ослабляемые силой поверхностного натяжения и полученным на своей поверхности зарядом, после которых принимают сферическую форму. Выполняя за счет прозрачности жидкости в пределах длин волн освещения функцию оптической линзы, собирает отраженное от поверхности изделия 1 оптическое излучение, направляя его на регистратор 10, в котором окуляр 11 в виде стеклянной линзы освещает ПЗС-матрицу 12, с выдачей цифрового выходного сигнала Мрег на вход схемы управления 9.

Работа микроскопа рассмотрена в одно- и двухкапельном режимах передачи оптического потока и импульсной регистрации изображения (рис. 2).

а)

б)

в)

г)

Рис. 2. Схемы капельного микроскопа при работе в одно-

Однокапельный режим работы микроскопа реализуется при подлете к поверхности изделия 1 шаровидной капли 6 на расстояние, равное ее фокусу Б. При этом летящая капля 6 и окуляр 11 являются элементами оптической схемы микроскопа.

Особенность двухкапельного режима работа микроскопа заключается в использовании в оптической схеме микроскопа подлетающей 6 и поверхностной 13 капель, последняя из которых имеет форму эллипсоида (близкого по форме к полусфере, полуяйцу или полушару) и образована от сплющивания в результате удара о поверхность изделия 1 предыдущей (или одной из предыдущей) подлетевшей капли. Особенности оптических и динамических параметров двух вышеперечисленных режимов работы капельного микроскопа рассмотрены далее.

2. Анализ основных технических параметров, определяющих два режима работы капельного микроскопа

В разработанном микроскопе большую роль выполняет электрокаплеструйное устройство, особенности конструкции и режимов работы которых к настоящему времени уже достаточно хорошо изучены в [6-10] и используются в системах маркировки, крашения нитей и других. Поэтому основное внимание исследований в данной статье сосредоточено на рассмотрении особенностей импульсных передачи оптического потока, регистрации и изображения и т.п. при условии, что, как следует из [9], максимальный экспериментально подтвержденный диаметр капли, соответствующий удвоенному диаметру сопла (струи) достигал значения 400 мкм.

2.1. Расчет максимальной частоты следования капель

В связи с тем, что капля после падения на поверхность изделия представляет собой эллипсоид с цилиндрическим основанием, то фокус летящей капли при каждом новом измерении для однокапельного режима работы микроскопа должен быть сдвинут на дискретное значение - 1:мин (рис. 2а), которое можно определить следующей формулой:

11мин^-1,2гкап •

Исходя из этого выражения, максимальное значение частоты следования капель 1"кап не должно превышать значения

с ^ °,83^изд

У1кап ^ .

'кап

Соответственно, для двухкапельного режима работы микроскопа (рис. 2б) и формирования дискретных эллипсоидов на поверхности изделия с шагом -12минможно записать:

12мин—2,2гкап

/2кап<°^ .

'кап

Тогда с учетом вышеприведенного максимального диаметра каплей 0,4-10"3 м и стандартной скорости перемещения изделия -0,6 м/с, подставленных в формулы (2) и (4), значения частоты следования капель 1"кап не должны превысить значений:

- однокапельного режима работы микроскопа - 2,5 МГц,

- для двухкапельного режима работы микроскопа-1,35 МГц.

2.2. Фокусы сферической и полусферической капель

Известно, что фокусное расстояние для параксиальных лучей определяется по следующим выражениям:

- для шара

р _ д-п

- для полушара

^

При использовании в качестве жидкости воды с показателем преломления 1,33 два фокусных расстояния, рассчитанные по формулам (5) и (6), имеют следующие значения: Ещ-403 мкми ^пш-1342,3 мкм. Выражения для Еши Епш, а также их рассчитанные данные при использовании в качестве жидкости воды, приведены в табл. 1.

ТАБЛИЦА 1

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ МИКРОСКОПА ДЛЯ ОДНО- И ДВУХКАПЕЛЬНОГО РЕЖИМА ЕГО РАБОТЫ

№ Режим работы микроскопа Формула расстояния до поверхности Расстояние до поверхности для водяной капли, мкм

1 Однокапельный 1 ш -403,0

2 Двухкапельный 9 р - 3 -1342,3

2.3. Особенности удара летящей капли о поверхность изделия и время формирования эллипсоида Время формирования эллипсоида после удара летящей капли о поверхность изделия важно для оценки динамических параметров при работе микроскопа в двухкапельном режимеи определяется особенностью ее создания, четыре основных этапа которого изображены на рис.3. Итак, после удара о поверхность изделия движущейся шаровидной капли ее нижняя часть капли начинает расплющиваться, а жидкость капли выдавливается по направлениям в пределах угла, образованного горизонтальной поверхностью изделия и касательной вдоль поверхности изделия, занимая свободное пространство под каплей, превращаясь (с некоторым упрощением) из шара (рис. 3 а) в цилиндрический столб с полусферическим торцом (рис. 3г) с краевым углом, равным 90°.

а) б) в) г)

Рис. 3. Этапы формирования эллипсоида из шаровидной летящей капли после ее удара о поверхность

Исследование особенностей удара капли жидкости о поверхность изделия показывает, что весь диапазон скоростей разбит на три диапазона: низко- , средне- и высокоскоростной удары капли о поверхность изделия.

Как следует из [15], при низкоскоростном ударе сил кинетическая энергия капли меньше сил поверхностного натяжения, которые мало зависят от скорости движения капли и определяют в основном время формирования поверхностной полусферической капли.

Начиная с определенного значения при среднескоростном ударе, кинетическая энергия капли начинает превышать силу поверхностного натяжения, а скорость ее движения связана обратной зависимостью с временем формирования поверхностной полусферической капли.

Дальнейшее увеличение скорости удара капли приводит к тому, что, приблизительно, со значений 30-100 м/с и особенно со скорости - 600 м/с, сравнимой со скоростью звука в жидкости (для воды -1500 м/с), характер такого высокоскоростного удара капли о твердую поверхность начинает качественно меняться в сторону четкого проявления распространяющихся и взаимодействующих ударных волн и волн разрежения, возникновение и развитие кумулятивной струи, образование и схлопывание кавитационных пузырей [16, 17]. Все это неизбежно приведет к дифракции, рефракции и интерференции проходящего света, существенно снижая качество передаваемого изображения поверхности изделия. Для исключения этих нелинейных оптических явлений и с учетом небольшого запаса можно принять максимальное значение скорости удара капли для двухкапельного режима работы микроскопа равным vмах-15 м/с.

Чтобы понять размеры этого столбика, рассчитаем высоту его цилиндрической части Иц. Итак, после встречи нижней вершины шаровидной капли сегмент нижней шаровидной части капли начинает выдавливаться по бокам, до образования, начиная с уровня полусферы, нижней цилиндричной части с высотой Иц общим объемом

Уц=пГш2Ьц.

2 тгг2

В результате выдавливания объема нижнего купольного сегмента полусфера У|||п=—-—капли преобразуется

в цилиндр высотой Иц , т.е. объем полшара равен объему вновь образованного цилиндра Уц=УПш . Из этого со-

„ 2 тгг2

отношения вытекает, что 71Гш_11ц=—-—, откуда получается, что

9 р

, "кап

ь,,=—-—.

и, соответственно, время на формирование такого столба после начала удара капли о преграду определится как

ъ р

_ "кап _ "кап

На основе экспериментальных исследований [15] для капли дистиллированной воды диаметром 3 мм с временем образования сплюснутой полусферической капли 1 -5 мс с учетом формулы (х) можно определить по

формуле \ =11СЛ= ^ . Рассчитывая исходное значение, можно считать, что область среднескоростного удара

начинается с некоторым запасом со значения скорости, равного -0,5.. .1,0 м/с. С учетом вышесказанного можно построить зависимость времени образования эллипсоида от скорости удара капли о твердую поверхность (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость времени образования эллипсоида от скорости удара капли о твердую поверхность

Время определяется преимущественно капиллярным процессом взаимодействия с поверхностью изделия, когда кинетическая энергия меньше сил поверхностного натяжения

2.4 Расчет смещения точки касания капли за время ее расплющивания и превращения в эллипсоид

Протекание процесса расплющивания капли и формирования эллипсоида tэл после начала соприкосновения с поверхностью движущегося изделия, длительность которого определяется выражением (9), неизбежно приводит к искривлению ее формы. Это, в свою очередь, имеет значение для двухкапельного режима работы микроскопа и обусловливает необходимость расчета значения смещений и ее последующей оценки критичности последствий этого.

а

Так, за время «влипания» капли 1свлт ее основание сместится на значение Д1см, определяемое выражением

Л1 = V  £ =РиздГкап

""•см иизд ^эл • V11,*

3^кап

где гизд - радиус изделия, N - число оборотов в секунду.

Для капли воды диаметром dкап=400 мкм, движущейся со скоростью vкап=15 м/с, к изделию, поверхность которого перемещается со скоростью -0,6 м/с и получаем Д1см-2,7 мкм. Это составляет 0,6% от диаметра капли ^ап, и этим значением можно пренебречь.

2.5. Расчет силы удара о поверхность изделия движущейся капли воды

Сила удара движущейся капли диаметром ёкап о поверхность описывается выражением, с которым соглашаются большинство исследователей [15-17]:

т 2 2

77 П Р кап ^кап ,1Л,

Ькап =-Г.--

6

Расчеты показывают, что для капли воды диаметром dкап=400 мкм, движущейся со скоростью vкап=15 м/с, сила удара составит ^кап=1,26-10-3 Н. Для сравнения напомним, что для контактных методов контроля размеров изделий с прерывистой поверхностью максимальное усилие наконечника в момент выхода с впадины на выступ не должно превышать 3 Н [23-25]. Для вышеприведенного расчета полученное значение существенно меньше упомянутого, более чем 1000 раз, и поэтому последствиями удара о поверхность изделия движущейся капли воды можно пренебречь.

IV. Обсуждение результатов

1. Описан принцип действия и представлены основные параметры, определяющие режим работы разработанного электрокаплеструйного микроскопа.

2. Рассчитан диапазон значений скоростей среднескоростного удара капли дистиллированной воды о твердую поверхность, составивший от - 1,0 до 15 м/с, в пределах которого выполняются два условия:

- минимальное время формирования из шаровидной движущейся капли жидкой линзы в виде цилиндра с куполом;

- отсутствие нелинейных явлений в виде распространяющихся и взаимодействующих ударных волн и волн разрежения, возникновение и развитие кумулятивной струи, образование и схлопывание кавитационных пузырей.

3. Представлены параметры оптической схемы электрокаплеструйного микроскопа для одно- и двухкапель-ного режимов работы.

4. Рассмотрены особенности удара летящей капли о поверхность изделия, и показаны основные этапы преобразования сферической капли в эллипсоид, рассчитано время этого преобразования.

5. Рассмотрены последствия смещения точки касания капли за время ее расплющивания и превращения в эллипсоид. Показано, что для капли воды диаметром dкап=400 мкм, движущейся со скоростью ^ш=15 м/с к изделию, поверхность которого перемещается со скоростью -0,6 м/с и получаемое значение смещений не превышает 2,7 мкм, составляя всего 0,6% от диаметра капли йкап, и этим значением можно пренебречь.

6. Проанализированы последствия удара о поверхность изделия капли воды диаметром dкап=400 мкм, движущейся со скоростью ^¡ш=15 м/с. Показано, что сила удара составит ^кап=1,26-10-3 Н и, фактически, ничтожно мала, в связи с чем ею можно пренебречь.

V. Выводы и заключение

Разработан новый класс измерительных устройств - электрокаплеструйный микроскоп, реализующий импульсный способ визуализации и активного контроля неровностей поверхности изделия. Электрокаплеструй-ный микроскоп основан на теоретически и экспериментально отработанной электрокаплеструйной технологии в сочетании с новым направлением, связанным с использованием когерентного монодисперсного капельного потока жидкости для передачи и измерения оптических потоков. Статья представляет первые результаты его теоретических исследований и открывает серию научных публикаций на данную тему.

Список литературы

1. Пат. 2622988 Российская Федерация, МПК A61B 1/005. Эндоскоп с изменяемой оптической силой на основе технологии жидкой линзы / Гупта А., Шнелл У., Иган У., Найбауэр Л., Стангота Ф., Совье Ж. № 2013126208; заявл. 01.12.2011; опубл. 21.06.2017, Бюл. № 18.

2. Пат. 2149434 Российская Федерация, МПК G02B 26/06, G02B 3/14. Адаптивное оптическое устройство на основе жидкой линзы / Безуглый Б. А., Шепеленок С. В., Тарасов О. А. № 98107458/28; заявл.14.04.1998; опубл. 20.05.2000, Бюл. № 14.

3. Коротеев А. А. Обобщенные тепловые характеристики капельных холодильников-излучателей низко-и среднетемпературных диапазонов // Известия РАН. Энергетика. 2013. № 4. С. 108-117.

4. Эксперимент «Капля-2 / Сайт космонавта РФ Артемьева О.Г. URL: http://www.artemjew.ru/2014/04/17/foto-kaplya-tbu/ (дата обращения: 26.06.2017).

5. Пат. 2247064 Российская Федерация, МПК B64G1/50, F28D21/00. Капельный холодильник-излучатель / Конюхов Г. В., Коротеев А. А., Нечаев В. Ю., Петров А. И., Железняков А. Г., Баранчиков В. А., Костюк Л. Н. № 2003121089; заявл. 14.07.2003; опубл. 27.02.2005, Бюл. № 6.

6. Пат. 2144103 Российская Федерация, МПК D06B 1/02, D06B 3/02, D06B 5/14, D06P 5/20. Способ крашения волокон / Нагорный В.С., Левченко Ю. А. № 99101284/12; заявл. 19.01.1999; опубл. 10.01.2000, Бюл. № 1.

7. Пат. 2141013 Российская Федерация, МПК D06B 3/04, D01D 13/00. Способ промывки непрерывно движущейся нити / Нагорный В. С., Левченко Ю. А., Матюшев И. И. № 99100860/12;. заявл 14.01.1999; опубл. 10.11.1999, Бюл. № 31 .

8. Пат. 2141014 Российская Федерация, МПК D06B 3/04, D01D 13/00. Способ промывки движущейся нити / Нагорный В. С., Левченко Ю. А., Матюшев И. И. № 99101019/12; заявл. 18.01.1999; опубл. 10.11.1999.

9. Левченко Ю. А., Нагорный B. C. Получение управляемых монодисперсных капель жидкостей с использованием пьезоэлектрических преобразователей. / Proceedings of the 4* International Conference on Unconventional Electromechnical and Electrical Systems (21-24 June 1999, St. Peterburg, Russia). Szczecin: Texnical University Press,

1999. Vol. 3, of 3. P. 1343-1346.

10. Левченко Ю. А., Нагорный B. C. Электрофизические основы управляемого нанесения технологических жидкостей на изделия // «Изоляция-99» (International Conferenceon Electrical Insulation-ICEI-99): тр. Междунар. науч. техн. конф. 15-18 июня 1999. СПб.: СПбГГУ, 1999. С. 68-70.

11. Шутов А. А. Форма капли в постоянном электрическом поле // Журнал технической физики. 2002. Т. 72, вып. 12. С. 15-22.

12. Francois M., Shyy M. Computation of drop dynamics with the immerse boundary method. Part 2: drop impact and heat transfer // Numerical Heat Transfer. Part B. 2003. Vol. 44. P. 119-143.

13. James A. Black Compound droplets for lab-on-a-chip // A Dissertation Presented to The Academic Faculty. In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree Doctor of Philosophy in the School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, May 2016.

14. Hu J., Jia R., Wan K., Xiong X. Simulation of Droplet Impingement on a Solid Surface by the level Set Method. URL: https://www.comsol.ru/paper/simulation-of-droplet-impingement-on-a-solid-surface-by-the-level-set-method-18697 (дата обращения: 26.06.2018).

15. Архипов В. А., Палеев Д. Ю., Патраков Ю. Ф., Усанина А. С. Определение краевого угла смачивания угольной поверхности // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2011. № 5. С. 22-28.

16. Чижов А. В., Шмидт А. А. Высокоскоростной удар капли о преграду // Журнал технической физики.

2000. Т. 70, вып. 12. С.18-27.

17. Гимранов Э. Г., Ольхов А. А., Свистунов А. В., Хакимова Л. Ф. Моделирование методом крупных частиц полета и удара капли жидкости о твердую поверхность // Вестник уфимского государственного авиационного технического университета. 2012 Т. 16, № 5 (50). С. 128-131.

18. Пат. 2612349 РФ, МПК G 01 B 11/02. Струйный способ контроля линейных размеров изделий / Леун Е. В. № 2015145625; заявл. 23.10.2015; опубл. 07.03.2017, Бюл. № 7.

19. Леун Е. В. Гидроструйный интерферометрический способ контроля размеров изделий // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. Т. 2, № 1. С. 101-109.

20. Леун Е. В., Сысоев В. К., Шалай В. В., Ломонова Е. Е., Шаханов А. Е., Вятлев П. А. Гидроструйный способ контроля параметров технологических процессов в ракетно-космической технике // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 9 (69). С. 7.

21. Леун Е. В. Интеллектуальный токарный резец с приборами активного контроля температуры зоны резания, размеров изделия и параметров формы его поверхности // Омский научный вестник. 2017. № 4 (154). С. 87-93.

22. Леун Е. В., Сысоев В. К. Использование способа контроля длины и температуры нераспавшейся струи в капельных холодильниках-излучателях энергетических установок космических аппаратов // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли: материалы XI Всерос. науч. конф., посвящ. памяти гл. конструктора ПО «Полёт» А. С. Клинышкова. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2017. С. 74-80.

23. Leun E. V., Leun V. I., Sysoev V. K., Zanin K. A., Shulepov A. V., Vyatlev P. A. The active control devices of the size of products based on sapphire measuring tips with three degrees of freedom // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 944. DOI: 10.1088/1742-6596/944/1/012073.

24. Леун Е. В., Леун В. И. Вопросы построения многофункциональных приборов активного контроля линейных и угловых размеров изделий и их формы поверхности // Омский научный вестник. 2018. № 1 (157). С. 89-95.

25. Леун Е. В. Разработка приборов активного контроля размерных параметров изделий с использованием сапфировых измерительных наконечников // Омский научный вестник. 2016. № 4 (148). С. 123-127.

УДК 681.518.5:519.254

ОЦЕНКА ПИКОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ EVALUATION OF PEAK VALUES OF THE OSCILLATION PROCESSES PARAMETERS

А. П. Науменко, И. С. Кудрявцева, А. И. Одинец

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

A. P. Naumenko, I. S. Kudryavtseva, A. I. Odinets

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Оценка технического состояния технических устройств, идентификации дефектов и отклонений динамического механико-технологического оборудования, формирование и определение параметров и критериев технического состояния основывается на измерении параметров колебательных процессов. Как правило, в качестве источника информации используются виброакустические колебательные процессы. Такие процессы характерны как для виброакустической диагностики, так и для аку-стико-эмиссионого контроля. Многие критерии оценки состояния основываются на измерении параметров пиковых значений процессов. Учитывая случайный характер процессов, оценка погрешности измерения и определения пиковых значений сигналов становится актуальной. Задачей данной работы является представление методических основ оценки погрешности измерения и определения пиковых значений виброакустических сигналов с учетом законов распределения их мгновенных значений. В частности, представлено решение задачи по определению зависимости асимптотической оценки погрешности выборочной оценки квантиля от величины дискретных значений в выборке (временной реализации сигнала), что позволяет обосновывать и проверять метрологию средств измерений, а также оценивать достоверность измерений пиковых значений виброакустического сигнала.

Ключевые слова: пиковое значение, квантиль, погрешность, виброакустические колебания.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-4-47-52

I. Введение

Мониторинг технического состояния основывается на оценке технического состояния технических устройств, идентификации дефектов и отклонений динамического механико-технологического оборудования, путем измерения и анализа параметров колебательных процессов. Как правило, в качестве источника информации используются виброакустические колебательные процессы. Такие процессы характерны как для виброакустической диагностики, так и для акустико-эмиссионого контроля [1, 16].