СПОСОБ КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ
METHOD OF MONITORING ARTICLE SURFACE ROUGHNESS

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим методам, и может быть использовано для контроля шероховатости поверхности изделий, обладающих оптической прозрачностью.
Известны контактные и бесконтактные методы контроля шероховатости поверхности изделия, включающие: механическое ощупывание поверхности алмазной или стальной иглой, зондирование поверхности направленным газовым потоком, лазерным излучением, визуализацию морфологии поверхности (Ю.Ф. Назаров, А.М. Шкилько, В.В. Тихоненко, И.В. Компанеец. Методы исследования и контроля шероховатости поверхности металлов и сплавов //Ф1П ФИП PSE, 2007, т. 5, №3-4, vol. 5, No. 3-4. рр. 207-216; Контрольно-измерительные приборы и инструменты: Учебник/ С.А. Зайцев, Д.Д. Грибанов, А.Н. Толстой, Р.В. Меркулов. - М.: Издательский центр "Академия", 2003; 464 с.; Макеев А.В. Применение лазерных методов для контроля микрорельефа поверхности деталей//Интерэкспо Гео-Сибирь 2015, №1, Т. 5, С. 43-50; а.с. СССР №807057, G01B 13/22, 1986; патент РФ №2352902, G01B 15/08, 2009 и др.).
Недостатками данных методов является технологические сложности при реализации методов, значительная длительность проведения измерений.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пневматический метод контроля шероховатости поверхности, основанный на зондировании исследуемой поверхности газовым потоком и измерении информативного параметра (изменение давления или расхода) газа в газаторе между торцовой поверхностью сопла и контролируемым изделием (Левинсон Е.М. Контрольно-измерительные приспособления в машиностроении. - М.: Металлургиздат, 1960, С. 160-169), принятый за прототип.
Недостатками данного способа являются низкие информативность и достоверность контроля, обусловленные использованием в качестве информативного параметра только механических характеристик газового потока - давление (расход), невозможностью получения в реальном масштабе времени изображения контролируемой области поверхности и низкой производительностью контроля.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение информативности, достоверности и производительности контроля за счет использования смеси химически взаимодействующих газов и оптических методов регистрации информативного параметра.
Технический результат заявляемого решения выражен в возможности одновременной визуализации информативного параметра и контролируемой области поверхности, а также в сокращении продолжительности и возможности автоматизации испытаний за счет того, что в качестве рабочей среды используется смесь химически взаимодействующих газов, организованных в виде полиструйного потока, а визуализация информативного параметра осуществляется через контролируемую область поверхности по регистрируемому в оптическом диапазоне длин волн изображению яркостного контраста проекции зоны химического взаимодействия смеси газов [Лопанов А.Н. Физико-химические основы теории горения и взрыва: учебное пособие / А.Н. Лопанов. -Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. С. 33-73; Гейдон А.Г. Пламя, его структура, излучение и температура/ А.Г. Гейдон, X.Г. Вольфгард. - М.: Металлургиздат, 1959, 333 с.].
При использовании в потоке смеси оптически прозрачных газов за счет химического взаимодействия между ними образуется сильно нагретая локализованная зона, которая является источником излучения в оптическом диапазоне длин волн, что создает условия для визуализации [Гиль В.В. Оптические методы исследования процессов горения. М.: Наука, 1984. - 169 с.]. А большие скорости движения молекул в зоне химического взаимодействия позволяют обеспечить их высокую проникающую способность и активное взаимодействие с микрорельефом поверхности детали - повысить диагностический эффект [Вулис JI.А. Аэродинамика факела / JI.А. Вулис, Л.П. Ярин. Л.: Энергия, 1977. - 216 с.]. Использование зондирующего полиструйного газового потока с регулярной структурой (коридорная, шахматная, аксиальная и др.) позволяет получать базовые (типичные) формы проекций зон химического взаимодействия, что упрощает технологию обработки изображения, а это способствует автоматизации и повышению производительности процесса контроля [Галдин В.Д. Сжигание газа. Газогорелочные устройства: Учебное пособие. Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. с. 44-91].
Для достижения указанного выше технического результата предложен способ контроля шероховатости поверхности путем зондирования исследуемой поверхности потоком со струйной структурой, содержащим смесь химически взаимодействующих газов, визуализации информативного параметра через контролируемую область поверхности по регистрируемому в оптическом диапазоне длин волн изображению яркостного контраста проекции зоны химического взаимодействия смеси газов, при этом используют цифровые методы обработки регистрируемого яркостного контраста, а о величине шероховатости поверхности судят по степени искажения изображения яркостного контраста по сравнению с эталонным.
На фиг. 1 представлена схема реализации способа, при этом на чертеже и далее в тексте приняты следующие обозначения: 1 - форсунка (сопло), 2 - газовый факел, 3 - зона химического взаимодействия смеси газов, 4 - исследуемая оптически прозрачная деталь, 5 - телевизионная камера, 6 - канал связи и управления, 7 - персональный компьютер с программным обеспечением.
Способ осуществляется следующим образом.
Как и прототипе, из камеры при постоянном давлении в форсунку 1 подается смесь газов, обладающих возможностью химического взаимодействия, которая известными способами в пределах конструкции форсунки превращается в полиструйный поток, и инициируются реакции химического взаимодействия смеси с образованием в каждой струйке факела 2 и зоны химического взаимодействия 3, с помощью которых осуществляется зондирование поверхности исследуемой оптически прозрачной детали 4. За счет того, что отдельные струйки газового потока попадают на дефекты структуры поверхности и взаимодействуют друг с другом, то в них форма зоны химического взаимодействия будет отличаться от соседних струек или совсем отсутствовать. Таким образом, для конкретной морфологии поверхности будет образовываться типичная мозаичная структура изображения яркостного контраста проекций зон химического взаимодействия [Гельфанд Б.Е. Газодинамические явления при воспламенении и горении гомогенных смесей вблизи неплоских поверхностей / Б.Е. Гельфанд, А.М. Бартенев, С.П. Медведев, и др. // Российский химический журнал. - 2001. - Т. XLV, №3. с. 5-14]. Одновременно с зондированием поверхности детали 4 с помощью телевизионной камеры 5, канала связи 6 и персонального компьютера 7 через контролируемую область поверхности детали 4 осуществляют регистрацию и запоминание изображения яркостного контраста проекций зон химического взаимодействия струек смеси газов, например, в режиме стоп-кадра или мультипликации. С помощью персонального компьютера 6 и программного обеспечения, реализующего известные алгоритмы цифровой обработки [Методы компьютерной обработки изображений / Под ред. В.А. Сойфера. - М.: Физматлит, 2001. - С. 192-201; с. 251-271; с. 601-624], сравнивают сохраненное изображение яркостного контраста проекций зон химического взаимодействия струек смеси газов и эталонное изображение (с известным значением шероховатости).
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:
- повысить информативность и достоверность контроля шероховатости поверхности;
- повысить производительность контроля;
- автоматизировать процесс контроля.