СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ КОНТАКТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
METHOD FOR DETERMINING THE ACTUAL CONTACTING AREA OF SURFACES

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования фактической площади плоских поверхностей, совершающих относительное перемещение, например, деталей при абразивной доводке или деталей пары трения.
Известен способ определения фактической площади контакта поверхностей соединения путем выявления неконтактирующей площади (А.С. №225515 от 26.12.1968 г.), заключающийся в том, что на границу контакта поверхностей подают под давлением жидкость, содержащую краситель, а о фактической площади контакта поверхностей судят по отпечаткам красителя на поверхности.
Недостатком данного способа является относительно малая точность, так как после замера остаются разводы границ контакта, которые не позволяют получить точное соотношение площадей контактирующих и неконтактирующих участков.
Известен также способ определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих тел (см. А.С. №846994 от 15.07.1981 г.), состоящий в том, что термопластическую пленку помещают между этими поверхностями, нагревают до температуры, превышающей температуру стеклования на 10-15°С, прикладывают давление к взаимодействующим телам и охлаждают пленку до ее стеклования, и после извлечения пленки осуществляют планиметрирование полученного отпечатка.
Главным недостатком данного способа является ограниченность области применения, связанная с невозможностью получения отпечатка на термопластичной пленке в подвижных соединениях, например, в плоских опорах скольжения.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения фактической площади контакта между поверхностью тел при помощи тонких угольных пленок, наносимых адгезионно на одну из поверхностей тел; в местах контакта исследуемых поверхностей под действием давления угольная пленка разрушается, имеющийся отпечаток фотографируется и планиметрируется [Демкин, Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей / Н.Б. Демкин - М.: Наука, 1970, с. 155-157]. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - способ определения фактической площади контакта между поверхностью тел, при котором на одну из поверхностей тел наносят адгезионно тонкую пленку, прикладывают к контактирующим телам нагрузку, чем разрушают пленку и получают на поверхности отпечаток, полученный отпечаток фотографируют.
Известный способ, принятый за прототип, имеет следующие недостатки: во-первых, имеет невысокую точность, так как получаемый отпечаток зачастую имеет размытые границы, что при дальнейшем планиметрировании не позволяет точно определить его площадь, во-вторых, трудоемкость известного способа достаточно велика, так как планиметрирование и расчет площади предполагается выполнять вручную.
Задачей изобретения является повышение точности и снижение трудоемкости определения фактической площади контактирования поверхностей.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе определения фактической площади контакта между поверхностью тел, при котором на одну из поверхностей тел наносят адгезионно тонкую пленку, прикладывают к контактирующим телам нагрузку, чем разрушают пленку и получают на поверхности отпечаток, полученный отпечаток фотографируют, согласно изобретению в качестве материала пленки используют аэрозольную проявочную пудру, отличающуюся цветом от цвета поверхности, изображение поверхности с отпечатком оцифровывают и обрабатывают таким образом, чтобы обеспечивался контраст цвета поверхности и отпечатка, после чего выполняют определение количества пикселей контрастных цветов.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа: в качестве материала пленки используют аэрозольную проявочную пудру, отличающуюся цветом от цвета поверхности; изображение поверхности с отпечатком оцифровывают и обрабатывают таким образом, чтобы обеспечивался контраст цвета поверхности и отпечатка; после чего выполняют определение количества пикселей контрастных цветов.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят повысить точность и снизить трудоемкость определения фактической площади контактирования поверхностей.
Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков способа определения фактической площади контактирования с получением указанного технического результата.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 представлено отсканированное изображение поверхности с отпечатком на слое проявочной пудры.
На фиг. 2 - обработанное изображение по предложенному способу.
На фиг. 3 - исходное отклонение геометрической формы исследуемой поверхности.
На фиг. 4 - результат планиметрирования отпечатка, выполненный по известному способу.
Способ определения фактической площади контактирования осуществляется следующим образом.
На одну предварительно очищенную и обезжиренную контактирующую поверхность тонким слоем наносят проявочную пудру в виде аэрозоля. Цвет проявочной пудры должен быть контрастен цвету исследуемой поверхности. В результате на поверхности образуется тончайшая пленка проявочной пудры.
После этого к контактирующим телам прикладывают рабочую нагрузку и, при необходимости, приводят их в движение. Кроме того, в отличии от прототипа, при применении более устойчивого слоя проявочной пудры (в сравнении с угольными пленками) допускается введение в зону контактирования смазочных и абразивных составов, если того требуют технические условия. Под действием контактных давлений пленка из проявочной пудры разрушается в местах контакта поверхностей. Таким образом на слое проявочной пудры остается отпечаток площадью соответствующей фактической площади контактирования (фиг. 1).
Поверхность с полученным отпечатком сканируют или фотографируют. Затем оцифрованное изображение обрабатывают таким образом, чтобы цвет отпечатка был контрастен цвету проявочной пудры (фиг. 2). После чего выполняют определение количества пикселей контрастных цветов.
Способ иллюстрируется следующим примером.
2
2
2
2
2
Торцевая поверхность круглого образца диаметром 41 мм выполненного из стали 45 подвергали доводке на чугунном плоском притире при помощи абразивной пасты. Исходное отклонение поверхности детали представлено на фиг. 3. Как видно из рисунка поверхность имеет вогнутую форму. Перед началом обработки на исследуемую поверхность наносили проявочную пудру. После 3 минут доводки необходимо выполнить оценку фактической площади контактирования поверхности детали с поверхностью притира. Для этого поверхность детали сканировали и оцифровывали. Для демонстрации высокой точности предлагаемого способа на фиг. 4 представлен результат планиметрирования отпечатка, выполненный вручную наиболее распространенным способом при помощи отсечного микроскопа. Из-за размытых границ отпечатка данный способ имеет чрезвычайно высокую трудоемкость и временные затраты. При этом точность планметрирования и, как результат, точность определения фактической площади контактирования относительно не высока. Площадь отпечатка по предложенному способу определяли следующим образом. Площадь торцевой поверхности: S=π⋅r=π⋅20,5=1320,3 мм, где r - радиус торцевой поверхности детали, мм. Суммарное количество пикселей черного и белого цвета на изображении (фиг. 2) - 710151, что соответствует площади - 1320,3 мм. Площадь отпечатка определяли по количеству пикселей белого цвета (488477), что соответствует - 908,2 мм.
Площадь отпечатка, полученная путем планиметрирования на отсечном микроскопе - соответствует 976,1 мм. Точность предложенного метода на 7% выше точности прототипа.
При необходимости исследования большого количества поверхностей процесс обработки изображений возможно автоматизировать, что еще в большей степени снижает трудоемкость и временные затраты с сохранением стабильно высокой точности способа.