УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЯТЕН ИЗНОСА ПРИ ИСПЫТАНИИ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к области методов и средств измерения износа твердых тел, в частности, к средствам микроскопического измерения износа поверхностей трения и предназначена для компьютерной обработки параметров изображения пятна износа, которая выполняется сразу, или в дальнейшем по сохраненному материалу.
Известна методика и установка для оценки противоизносных и противозадирных свойств смазок посредством измерения пятен износа шаров, получаемых после трения по схеме: вращающийся диск - неподвижный шар [1].
Известна экспериментальная установка для испытания смазочного материала, включающая четырехшариковую машину трения, предметный столик для закрепления исследуемых образцов и инструментальный микроскоп для анализа размеров пятен износа шариков после их испытаний на четырехшариковой машине трения [2]. Микроскоп имеет систему наведения резкости изображения. На предметный столик помещают объект исследования, выполняется регулировка положения объекта, по меньшей мере, по двум осям Х и Y. На ручках регулировки положения столика нанесены деления, по которым осуществляется отсчет при измерении большего диаметра пятна износа, например по оси X, а меньшего диаметра - по оси Y, или наоборот. Свойства смазок (показатель износа и критическая нагрузка) на четырехшариковой машине определяются по ГОСТ 9490-75 [3].
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является установка для испытания смазочного материала в лабораторных условиях, включающая четырехшариковую установку трения, предметный столик и микроскоп, позволяющий посредством винтового перемещения окулярмикрометра определять диаметры пятен износа шариков, установленных на предметном столике, в двух диаметрально противоположных направлениях [4].
Недостатком конструкции в известных установках для измерения пятен износа при испытании смазочного материала является то, что процесс измерения диаметров пятен износа после проведения испытаний на четырехшариковой машине трения требует выполнения нескольких этапов (установки исследуемых шариков на предметном столике микроскопа так, чтобы по одной из осей передвижения столика или винтового окулярмикрометра измерялся наибольший диаметр пятна износа, а по другой - наименьший, перемещения столика или винтового окулярмикрометра для проведения измерений в двух взаимно перпендикулярных направлениях и т.д.), что занимает много времени. При этом точность результата измерений находится в прямой зависимости от увеличения используемого микроскопа, в поле зрения окуляра которого при этих измерениях обязательно должен наблюдаться полный, а не частичный, размер исследуемого пятна износа. В то же время следует отметить, что поле зрения окуляра как правило имеет ограниченные и сравнительно небольшие размеры. В известных установках также отсутствует фиксация характера микрорельефа исследуемых пятен износа и архивирование их изображения и параметров, которые в совокупности необходимы, например, при последующем более детальном сравнительном анализе работоспособности различных смазок.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности измерения и информативности за счет получения изображения пятна износа, компьютерной обработки его характеристик и архивирования полученных результатов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что, согласно изобретению, установка для измерения пятна износа при испытании смазочного материала содержит четырехшариковую машину трения, предметный столик, микроскоп с присоединенной к нему видеокамерой и блок обработки данных, причем в качестве видеокамеры используют цифровую видеокамеру, которая фиксируется так, чтобы матрица на приборах с зарядовой связью располагалась в фокусе микроскопа. Изображение исследуемого объекта с цифровой видеокамеры передается в блок обработки данных в реальном масштабе времени, а позицирование шарика с пятном износа происходит с координацией по изображению на мониторе. В результате, за счет дополнительного (при неизменных других условиях, например, увеличении самого микроскопа и т.д.) увеличения пятна износа при выводе его изображения на монитор и гораздо больших размеров поля зрения самого монитора в сравнении, например, с полем зрения окуляра микроскопа повышается точность определения пограничной линии пятна износа, а, следовательно, и точность определения диаметральных размеров пятна износа.
1
2
Для построения изображения исследуемой поверхности пятна износа выполняются следующие этапы. Перпендикулярно объективу располагается плоскость, задаваемая эллипсом края пятна износа. Изменением фокуса объектива производится настройка резкости изображения для увеличения количества уровней яркости, по которым в дальнейшем будут определяться пятна и фон. Запускается программный комплекс для фиксации и сохранения изображения. С помощью тестовых объектов для всех используемых типов объективов выставляются масштабные коэффициенты, позволяющие рассчитать действительное увеличение наблюдаемого на экране монитора изображения, т.е. осуществляется калибровка системы измерений реальных размеров на мониторе при выбранном увеличении. С помощью компьютерных программ автоматически или интерактивно, причем независимо от положения исследуемого объекта (шарика) на предметном столике, во взаимно перпендикулярных направлениях определяются наибольший D и наименьший D. диаметры пятна износа, рассчитываются параметры пятна по полученным данным в ходе измерений. Исследуется профиль пятна по текущему сечению или по построенной трехмерной модели. При этом следует отметить, что благодаря компьютерным программам, используемым в предлагаемой установке, обеспечивается возможность исследования поверхностей объектов не только овальной, но и произвольной формы. Полученные экспериментальные данные архивируются для последующего более глубокого анализа.
На чертеже приведена блок-схема установки.
Установка для измерения пятен износа состоит из четырехшариковой машины трения 1, микроскопа 2; предметного столика 3 с ручками регулировки положения исследуемого объекта по горизонтали 4 и вертикали 5. Исследуемый шарик с пятном износа устанавливается на предметном столике микроскопа. Цифровая видеокамера 6 фиксируются на микроскопе так, чтобы матрица на приборах с зарядовой связью располагалась в фокусе микроскопа. Блок обработки данных 4 оснащен монитором 8. Программный комплекс является составной частью работы устройства и предоставляет возможность визуального контроля исследуемой поверхности в виде растрового изображения 9 с возможностью интерактивного указания области исследования и выбора сечения.
Установка работает следующим образом: после проведения испытаний на четырехшариковой машине трения 1 нижний шарик помещается на предметный столик 3 так, чтобы перпендикулярно объективу располагалась плоскость, задаваемая эллипсом края пятна износа. Затем запускается программный комплекс блока обработки данных 7. Настраивается камера 6 для получения четкого изображения пятна износа на мониторе 8. Программным комплексом автоматически или интерактивно делаются необходимые измерения изображения 9 пятна износа, которые затем сохраняются (архивируется) для обработки в дальнейшем.
Источники информации
1. Калинин А.А., Замятина Н.И., Мельников В.Г., Тонкушина С.В., Горболетова Г.Г. Использование стеклянных микросфер в качестве наполнителя пластичных смазок // Трение и износ. - 1991, т.12, №3. - С.557-560.
2. Войтов В.А., Левченко А.В. Интегральный критерий оценки трибологических свойств смазочных материалов на четырехшариковой машине трения // Трение и износ. - 2001, т.22, №4. - С.441-447.
3. ГОСТ 9490-75. МАТЕРИАЛЫ СМАЗОЧНЫЕ ЖИДКИЕ И ПЛАСТИЧНЫЕ. Метод определения смазывающих свойств на четырехшариковой машине. - С.211-220.
4. Матвеевский P.M. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. - М.: Наука, 1971. - 228 с.