СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Область техники, к которой относится полезная модель, представляет собой измерительную технику для контроля остаточных напряжений конструкционных материалов. Областями применения полезной модели являются контроль элементов строительных сооружений и конструкционных материалов.
Уровень техники. Известно устройство, содержащее два блока измерительных преобразователей, два управляемых коммутатора, компаратор, предназначенный для управления коммутаторами (Устройство для автономных измерений физических величин, RU 2132043, G01D 1/16, 1997). Устройство способно функционировать автономно на всех этапах от восприятия до обработки измерительной информации, но не может измерять остаточное напряжение материала.
Наиболее близким к полезной модели является устройство, содержащее блок высверливания контрольного отверстия и лазерный инерферометр (Гуцал А.В., Антонов А.А., Рачков М.Ю., Разработка программно-аппаратного комплекса для диагностики остаточных напряжений // Известия МГИУ. 1(2), 2006, С.65-69). Устройство позволяет получить инерферограмму, содержащую информацию об остаточном напряжении контролируемого материала, но не позволяет в явном виде получить значение этого напряжения.
Раскрытие полезной модели. Сущность полезной модели выражается в использовании блока высверливания контрольного отверстия и лазерного инерферометра, установленного над контрольным отверстием, а также задатчика, связанного со входом блока высверливания контрольного отверстия и с вычислительным блоком, при этом выход лазерного инерферометра связан со входом блока обработки изображений, выход которого связан через вычислительный блок с индикатором результата. Блок обработки изображений представляет собой линейку фотодиодов с цифровым выходом.
Технический результат выражается в автоматическом получении значения остаточного напряжения контролируемого материала на индикаторе в явном виде.
Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена схема предложенного устройства, а на фигуре 2 - вариант выполнения блока обработки изображений на базе линейки фотодиодов.
Осуществление полезной модели. Конструкция устройства в статическом состоянии содержит задатчик 1 (фиг.1), связанный с входом блока 2 высверливания контрольного отверстия в контролируемом материале 3 и с вычислительным блоком 4. Лазерный инерферометр 5, установленный с возможностью взаимодействия с контрольным отверстием, связан с входом блока 6 обработки изображений, выход которого связан через вычислительный блок 4 с индикатором 7 результата. Задатчик 1 представляет собой электронный блок формирования регулируемых значений выходных сигналов и может быть реализован на базе цифрового задатчика АДИ-01.5 с цифроаналоговым преобразователем. Блок 2 высверливания контрольного отверстия реализуется на базе сверлильного автомата с ЧПУ с заданием рабочего хода от шагового двигателя.
Блок 6 обработки изображений может быть выполнен на базе линейки фотодиодов 8 (фиг.2), например типа БЛПП-2В с шагом размещения фотодиодов 6,25 мкм и цифровым выходом. Начало линейки фотодиодов при этом совмещается с центром инерферограммы, который совпадает с центром контрольного отверстия 9, а ее длина равна радиусу инерферограммы с полосами 10.
Блок 6 обработки изображений может быть также выполнен на базе программного обеспечения обработки изображений VsWinShell 2.4.5, которое позволяет подсчитать количество светлых полос инерферограммы по количеству светлых пикселей на ней.
Вычислительный блок 4 и индикатор 7 могут реализоваться на базе персонального компьютера с монитором.
Действие устройства основано на том, что остаточные напряжения материала определяются по интерференционной картине его возмущенного деформированного состояния, которое получают путем высверливания в материале контрольного отверстия. Для определения остаточного напряжения вдоль выбранного направления на интерференционной картине используется известная из прототипа формула:
A1
0
где E и E=70 ГПа - соответственно модули упругости исследуемого материала и алюминия, который используется в качестве эталонного материала, h и D - глубина и диаметр контрольного отверстия, D=2 мм - эталонный диаметр контрольного отверстия, N - число полос на интерферограмме, A=20 МПа и B=25 МПа - аппроксимирующие константы.
0
A1
Полосы на интерферограмме представляют собой светлые концентрические окружности, поэтому их число N пропорционально количеству светлых пикселей на интерферограмме. Задатчик 1 формирует значение h на управляющий вход блока 2 высверливания контрольного отверстия, задавая рабочий ход сверла диаметром D, и значения A, B, D, D, h, E, E на вычислительный блок 4. Лазерный инерферометр 5 формирует интерферограмму вокруг контрольного отверстия, а блок 6 обработки изображений преобразует количество светлых пикселей интерферограммы в число полос N на интерферограмме. При использовании линейки фотодиодов в качестве блока 6 ее начало совмещается с центром инерферограммы, а ее длина равна радиусу инерферограммы, что позволяет охватить весь диапазон возможных величин остаточных напряжений. На цифровом выходе линейки фотодиодов формируется число N, которое подается на вычислительный блок 4. Вычислительный блок 4 выдает величину остаточного напряжения, подсчитанную по вышеприведенной формуле, на индикатор 7.
Таким образом, на индикатор автоматически выводится значение остаточного напряжения контролируемого материала в явном виде.