RU2575795C2 - Method to measure relative longitudinal deformation of surface and extensometer for its realisation - Google Patents
Method to measure relative longitudinal deformation of surface and extensometer for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575795C2 RU2575795C2 RU2014101323/28A RU2014101323A RU2575795C2 RU 2575795 C2 RU2575795 C2 RU 2575795C2 RU 2014101323/28 A RU2014101323/28 A RU 2014101323/28A RU 2014101323 A RU2014101323 A RU 2014101323A RU 2575795 C2 RU2575795 C2 RU 2575795C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- indenter
- pendulum
- indenters
- coordinate
- movable
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000004544 spot-on Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000011068 load Methods 0.000 claims description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 210000003608 Feces Anatomy 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000001154 acute Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам измерения относительной продольной деформации на поверхности материальных тел.The invention relates to means for measuring relative longitudinal deformation on the surface of material bodies.
Наиболее остро вопрос о способе высокоточного измерения относительной деформации возникает в связи с необходимостью калибровки различного рода тензодатчиков. Для этой цели создаются специализированные стенды, которые с различной степенью точности воспроизводят необходимый уровень относительной продольной деформации поверхности. Если считать, что метрологические организации должны располагать эталонными средствами, обеспечивающими метрологически подтвержденную точность определения относительной деформации на уровне 10-4, то при «чистом изгибе» балки толщиной 40 мм (государственный эталон относительной деформации [1]) длина измерительной базы не должна превышать величину 40-50 мм. При максимальном значении относительной деформации в пределах упругости на уровне 0,003 абсолютное значение деформации составит ±150 мкм, при этом погрешность измерения приращений должна быть не более ±0,015 мкм. С целью воссоздания калиброванного значения относительной деформации растяжения-сжатия применяются стенды для получения так называемого эталона «чистого изгиба». Под чистым изгибом при этом понимают такой изгиб стержня (балки) постоянного сечения, при котором на ограниченном отрезке такой балки изгибающий момент имеет постоянное значение при отсутствии продольных и поперечных сил, а также крутящего момента.The most acute question about the method of high-precision measurement of relative deformation arises in connection with the need to calibrate various strain gauges. For this purpose, specialized stands are created that reproduce, with varying degrees of accuracy, the required level of relative longitudinal deformation of the surface. If it is assumed that metrological organizations should have the standard means providing metrologically confirmed accuracy of determining the relative deformation at the level of 10 -4 , then with a “clean bend” of a beam 40 mm thick (state standard of relative deformation [1]) the length of the measuring base should not exceed the value 40-50 mm. At the maximum value of the relative deformation within the elasticity range of 0.003, the absolute value of the deformation will be ± 150 μm, while the measurement error of the increments should be no more than ± 0.015 μm. In order to recreate the calibrated value of the relative tensile-compression strain, stands are used to obtain the so-called “pure bend” standard. In this case, pure bending is understood to mean such a bending of a rod (beam) of constant cross section, in which for a limited section of such a beam the bending moment has a constant value in the absence of longitudinal and transverse forces, as well as torque.
Анализ существующих в мире образцовых стендов показывает, что ни один из известных не гарантирует высокой точности обеспечения чистого изгиба. Одной из причин этого является отсутствие прецизионных приборов для измерения относительной деформации, которые могли бы подтвердить наличие постоянной по длине рабочего отрезка балки и определяемой с необходимой точностью относительной деформации. Но даже в случае предположительно строгого методического обеспечения чистого изгиба определение истинного значения относительной деформации поверхности балки невозможно ввиду отсутствия соответствующих измерительных средств.An analysis of the world's exemplary stands shows that none of the known stands guarantees high accuracy in ensuring clean bending. One of the reasons for this is the lack of precision instruments for measuring relative deformation, which could confirm the presence of a constant along the length of the working segment of the beam and determined with the necessary accuracy of the relative deformation. But even in the case of the supposedly rigorous methodological support of pure bending, determining the true value of the relative deformation of the beam surface is impossible due to the lack of appropriate measuring tools.
Средства измерения деформации можно разделить на следующие основные группы:Deformation measuring instruments can be divided into the following main groups:
- тензорезисторы разных типов;- strain gauges of various types;
- тензодатчики;- strain gauges;
- световолоконные датчики деформации на основе эффекта селективного отражения света от брэгговских решеток;- fiber optic strain gauges based on the effect of selective reflection of light from Bragg gratings;
- лазерные приборы для измерения деформации на основе использования эффекта кинетики «спекловой» структуры отраженного светового потока;- laser instruments for measuring strain based on the use of the kinetics of the “speckle” structure of the reflected light flux;
- приборы, регистрирующие взаимные перемещения специально созданных на поверхности референтных «знаков», которые получают приклеиванием на эту поверхность (отражающие полоски из пленочного материала), освещаемых при помощи лазера;- devices that record the mutual movements of specially created on the surface of the reference "signs", which are obtained by gluing to this surface (reflecting strips of film material) illuminated with a laser;
- экстензометры, приборы, вводимые в механический контакт с деформируемым объектом посредством опорных заостренных ножей (инденторов), механически не нагружающих объект, регистрирующие взаимные микроперемещения заданных точек.- extensometers, devices that are brought into mechanical contact with a deformable object by means of support pointed knives (indenters), which do not mechanically load the object, registering mutual micromotion of given points.
Известен экстензометр «Epsilon» [2], выбранный за прототип как устройство, а также как прибор, осуществляющий способ измерения относительной продольной деформации поверхности посредством референтных тел. Входящие в его состав инденторы и являются теми референтными телами, микроперемещения которых с некоторой точностью отражают микроперемещения выбранных материальных точек на деформируемой поверхности, определяющих длину базового отрезка. К деформируемой поверхности прикладывают с некоторым усилием два заостренных индентора, деформацию при этом определяют как изменение расстояния между этими точками.Known extensometer "Epsilon" [2], selected for the prototype as a device, and also as a device that implements a method of measuring the relative longitudinal deformation of the surface by means of reference bodies. The indenters included in its composition are those reference bodies whose micro displacements with some accuracy reflect the micro displacements of the selected material points on the deformable surface, which determine the length of the base segment. Two pointed indenters are applied to the deformable surface with some effort, the deformation being defined as a change in the distance between these points.
При этом основные проблемы экстензометра «Epsilon» заключаются в том, что передача взаимных перемещений острия инденторов осуществляется с помощью рычагов, подверженных различного рода деформациям, а также в том, что определить координаты выбранных точек на деформируемой поверхности с необходимой точностью не представляется возможным, в том числе из-за структурной неоднородности деформируемого материала [3].At the same time, the main problems of the Epsilon extensometer are that the mutual displacements of the tip of the indenters are transmitted using levers subject to various kinds of deformations, and also that it is not possible to determine the coordinates of the selected points on the deformable surface with the necessary accuracy, in that due to structural heterogeneity of the deformed material [3].
Таким образом, главным недостатком экстензометра «Epsilon» является принципиальная невозможность достижения указанного ниже технического результата.Thus, the main disadvantage of the Epsilon extensometer is the fundamental impossibility of achieving the technical result indicated below.
Задачей изобретения является создание измерительного средства, исключающего влияние кинематических погрешностей и позволяющего достичь высокой степени референтности «знаков» (тел, поверхностей) по отношению к выбранной базовой точке на контролируемой поверхности, для которой точно известно расстояние до другой базовой точки на этой поверхности.The objective of the invention is to provide a measuring tool that eliminates the influence of kinematic errors and allows you to achieve a high degree of reference "signs" (bodies, surfaces) with respect to the selected base point on the controlled surface, for which the distance to another base point on this surface is known exactly.
Технический результат, достигаемый в предлагаемой группе изобретений, заключается в повышении степени точности определения координат выбранных базовых точек, точности измерения расстояния между острыми кромками инденторов (референтными телами) и их взаимных перемещений из-за деформации поверхности, в том числе с учетом структурной неоднородности деформируемого материала.The technical result achieved in the proposed group of inventions is to increase the degree of accuracy of determining the coordinates of the selected base points, the accuracy of measuring the distance between the sharp edges of the indenters (reference bodies) and their mutual displacements due to surface deformation, including taking into account the structural heterogeneity of the deformable material .
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по способу достигается тем, что в способе измерения относительной продольной деформации поверхности типа «растяжение-сжатие» на деформируемой поверхности фиксируют два референтных тела в виде заостренных инденторов, причем расстояние «А» между острыми кромками двух инденторов измеряют до установки на поверхность, один из инденторов - подвижный, а другой - жестко связан с корпусом прибора, прикладывают заданное усилие деформации, при помощи координатно-измерительного средства измеряют относительное перемещение референтных тел и вычисляют относительную продольную деформацию поверхности, при этом согласно изобретению подвижный индентор выполняют с оптическим референтным элементом, например, в виде сферического зеркала, центр кривизны которого совмещен с острием индентора, жестко устанавливают их на маятнике, имеющем одну степень свободы в плоскости измерения деформации, маятник арретируют, подключают источник света в виде лазера, мнимый фокус луча которого также совмещают с острием подвижного индентора, при этом изображение фокальной точки лазерного луча, отраженного от сферического зеркала, с оптическим увеличением «К» фокусируют в виде светового пятна в положении, соответствующем среднему положению светового пятна, например, на фотодиодной линейке, и регистрируют условно нулевую координату «Б» энергетического центра светового пятна, после чего в заарретированном состоянии устанавливают экстензометр с некоторым усилием, исключающим проскальзывание, заостренными инденторами на деформируемую поверхность, разарретируют маятник, далее поджимают маятник с подвижным индентором и сферическим зеркалом к деформируемой поверхности посредством электромагнита, подвешенного на рамке с плоской пружиной между подвижным и неподвижным инденторами, чем обеспечивают заданное усилие прижатия, после чего регистрируют координату энергетического центра светового пятна «В», нагружают деформируемую балку и после нагружения регистрируют координату энергетического центра светового пятна «Г», и относительную продольную деформацию вычисляют по формуле:The specified technical result in the implementation of the group of inventions by the method is achieved by the fact that in the method for measuring the relative longitudinal deformation of a tensile-compressive surface, two reference bodies in the form of pointed indenters are fixed on the deformable surface, and the distance “A” between the sharp edges of the two indenters is measured to installation on the surface, one of the indenters is movable, and the other is rigidly connected to the device body, apply the specified deformation force, using coordinate measuring The means measure the relative displacement of the reference bodies and calculate the relative longitudinal deformation of the surface, while according to the invention, the movable indenter is made with an optical reference element, for example, in the form of a spherical mirror, the center of curvature of which is aligned with the indenter tip, they are rigidly mounted on a pendulum with one degree freedom in the plane of strain measurement, the pendulum is arrested, the light source is connected in the form of a laser, the imaginary focus of the beam of which is also combined with the tip of the moving ndentor, while the image of the focal point of the laser beam reflected from the spherical mirror, with an optical magnification of "K" is focused in the form of a light spot in the position corresponding to the average position of the light spot, for example, on a photodiode ruler, and conditionally zero coordinate "B" of the energy the center of the light spot, after which an extensometer is installed in a caged state with some effort excluding slipping, with pointed indenters on the deformable surface, the pendulum, then the pendulum is pushed with a movable indenter and a spherical mirror to the deformable surface by means of an electromagnet suspended on a frame with a flat spring between the movable and stationary indenters, which ensures a predetermined pressing force, after which the coordinate of the energy center of the light spot “B” is recorded, and the deformable beam is loaded and after loading register the coordinate of the energy center of the light spot "G", and the relative longitudinal deformation is calculated by the formula:
ε=(Г-В)/К(А+(В-Б)/К).ε = (G-B) / K (A + (B-B) / K).
Совмещение центра кривизны сферического зеркала с острием индентора и жесткая установка их на маятнике делают систему референтных тел нечувствительной к изгибным деформациям маятника.The combination of the center of curvature of the spherical mirror with the indenter tip and their rigid installation on the pendulum make the system of reference bodies insensitive to the bending deformations of the pendulum.
Установка маятника с одной степенью свободы обеспечивает подвижность референтного тела в заданной плоскости измерений.The installation of a pendulum with one degree of freedom provides mobility of the reference body in a given measurement plane.
Применение лазера позволяет использовать так называемый «оптический рычаг», исключающий кинематические погрешности.The use of a laser allows the use of the so-called “optical lever”, which eliminates kinematic errors.
Применение электромагнита, подвешенного на плоской пружине, обеспечивает постоянство усилия прижатия инденторов к контролируемой поверхности.The use of an electromagnet suspended on a flat spring ensures a constant effort of pressing the indenters to the controlled surface.
Арретирование маятника с референтными телами позволяет осуществить перенос (компарирование) размера базового отрезка «А» с прецизионного измерителя этой величины на деформируемую поверхность.The arresting of the pendulum with reference bodies allows transferring (comparing) the size of the base segment “A” from a precision meter of this value to the deformable surface.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по устройству достигается тем, что экстензометр для измерения относительной продольной деформации поверхности типа «растяжение-сжатие» содержит два референтных тела в виде заостренных инденторов, установленных на контролируемой поверхности, при этом один индентор жестко связан с корпусом прибора, другой установлен с возможностью перемещения относительно корпуса, а также систему передачи этих перемещений в виде координатно-измерительного средства, при этом согласно изобретению в корпусе прибора дополнительно установлены лазер в качестве источника света с оптической системой коллимации излучения, фокусирующая линза, фокус которой совпадает с контролируемой поверхностью, светоделительное зеркало, например, фотодиодная линейка с блоком управления, при этом подвижный индентор выполнен с оптическим референтным элементом в виде сферического зеркала, центр кривизны которого совмещен с острием индентора и с контролируемой поверхностью, и жестко установлен на шарнирно подвешенном в верхней части корпуса маятнике, между подвижным и неподвижным инденторами посредством плоской пружины с закрепленной на ней рамкой подвешен электромагнит, в корпусе также установлен арретир для маятника в виде подвижного упора и прижимной пружины.The specified technical result in the implementation of the group of inventions on the device is achieved by the fact that the extensometer for measuring the relative longitudinal deformation of the tensile-compression surface contains two reference bodies in the form of pointed indenters mounted on a controlled surface, while one indenter is rigidly connected to the device’s body, another is installed with the possibility of movement relative to the housing, as well as a transmission system for these movements in the form of coordinate measuring means, while but according to the invention, a laser is additionally installed in the device’s body as a light source with an optical radiation collimation system, a focusing lens whose focus coincides with the surface being monitored, a beam splitting mirror, for example, a photodiode array with a control unit, while the movable indenter is made with an optical reference element in the form a spherical mirror, the center of curvature of which is aligned with the tip of the indenter and with the controlled surface, and is rigidly mounted on a hinged in the upper part to rpusa pendulum between the movable and the fixed indenters by flat springs, in the housing frame fastened thereon is suspended electromagnet is also mounted for pendulum detent as the movable abutment and the presser spring.
Устройство отличается тем, что оптический референтный элемент выполнен в виде цилиндрического зеркала.The device is characterized in that the optical reference element is made in the form of a cylindrical mirror.
Наличие лазера обеспечивает получение коллимированного пучка светового излучения и позволяет исключить кинематические погрешности прибора.The presence of a laser provides a collimated beam of light radiation and eliminates the kinematic errors of the device.
Наличие оптического референтного элемента в виде сферического или цилиндрического зеркала позволяет изготовить прибор практически с любой необходимой точностью отражающей поверхности, что позволяет свести кинематические погрешности к практически сколь угодно малой величине.The presence of an optical reference element in the form of a spherical or cylindrical mirror makes it possible to manufacture the device with almost any necessary accuracy of the reflecting surface, which allows us to reduce the kinematic errors to an almost arbitrarily small value.
Совмещение центра кривизны оптического референтного элемента с острием подвижного индентора и их жесткая установка на маятнике делают систему нечувствительной к изгибным деформациям маятника.The combination of the center of curvature of the optical reference element with the tip of the movable indenter and their rigid installation on the pendulum make the system insensitive to bending deformations of the pendulum.
Наличие маятника решает одну из важнейших задач по защите измерительной системы от влияния практически любых механических деформаций элементов конструкции при обеспечении подвижности референтного тела в плоскости измерений.The presence of a pendulum solves one of the most important tasks in protecting the measuring system from the influence of almost any mechanical deformation of structural elements while ensuring the mobility of the reference body in the measurement plane.
Наличие электромагнита с рамкой, закрепленной на плоской пружине, обеспечивает фиксацию корпуса экстензометра в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии.The presence of an electromagnet with a frame mounted on a flat spring ensures fixation of the extensometer body in a plane perpendicular to the plane of symmetry.
Наличие плоской пружины обеспечивает постоянство усилия прижатия инденторов к контролируемой поверхности.The presence of a flat spring provides a constant effort of pressing indenters to a controlled surface.
Наличие арретира позволяет осуществить точный перенос (компарирование) размера базового отрезка «А» с прецизионного измерителя этой величины на деформируемую поверхность.The presence of an arrestor allows accurate transfer (comparing) of the size of the base segment "A" from a precision meter of this value to the deformable surface.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретений, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам способа и устройства. Выбор прототипа позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков устройства, не известных из уровня техники и не вытекающих для специалиста явным образом из известного уровня техники. Заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень», а также «промышленная применимость».The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the inventions, allowed to establish that the applicant did not find analogues characterized by signs identical to all the essential features of the method and device. The choice of the prototype allowed us to identify a set of essential distinguishing features of the device, not known from the prior art and not arising for a specialist in an explicit manner from the prior art. The applicant believes that the claimed invention meets the conditions of "novelty" and "inventive step", as well as "industrial applicability".
Изобретение представлено на следующих чертежах.The invention is presented in the following drawings.
Фиг.1 - общая компоновка экстензометра.Figure 1 - General layout of the extensometer.
Фиг.2 - вариант структуры измерительного средства для прецизионного контроля базового отрезка А.Figure 2 is a variant of the structure of the measuring means for precision control of the base segment A.
Фиг.3 - схема, поясняющая влияние неоднородности микроструктуры на точность измерения.Figure 3 is a diagram explaining the effect of heterogeneity of the microstructure on the measurement accuracy.
Предлагаемый экстензометр (фиг.1) состоит из следующих основных частей и элементов. В корпусе 1 размещен источник света в виде лазера 2 с коллимирующей линзой, входящей в его состав, маятник 3, в нижней части которого жестко закреплено сферическое зеркало 4, геометрический центр которого совпадает с острием индентора 5, также жестко связанным с маятником 3, а верхняя часть маятника 3 шарнирно подвешена на корпусе 1. Маятник 3 имеет вторую точку опоры на его конце, противоположном индентору 5, относительно которой он имеет одну степень свободы в плоскости измерения деформации. В корпусе 1 жестко установлена фокусирующая линза 6, фокус которой совпадает с контролируемой поверхностью 7, а также светоделительное зеркало 8, линза 9 и координатно-чувствительный фотоэлектрический преобразователь 10 в виде фотодиодной линейки с блоком управления. На корпусе 1 также жестко закреплен второй индентор 11 - неподвижный. Между подвижным и неподвижным инденторами установлен электромагнит 12, подвешенный на рамке 13 посредством плоской пружины 14 с защемленным на ней верхним концом рамки, благодаря чему не возникают тангенциальные силы взаимодействия между электромагнитом и инденторами. В корпусе 1 также установлен арретир для маятника 3, состоящий из подвижного упора 15 и прижимной пружины 16.The proposed extensometer (figure 1) consists of the following main parts and elements. In the housing 1 there is a light source in the form of a laser 2 with a collimating lens included in its structure, a pendulum 3, in the lower part of which a spherical mirror 4 is rigidly fixed, the geometric center of which coincides with the tip of the
Рассмотренный выше экстензометр работает следующим образом.The extensometer considered above works as follows.
Устанавливают экстензометр с предварительно измеренным при помощи, например, дополнительного прецизионного прибора расстоянием между инденторами «А» и с заарретированным маятником 3 на эталонную балку и фиксируют на ее поверхности 7 подвижный 5 и неподвижный 11 инденторы. Включают лазер 2, в заарретированном состоянии маятника 3 фиксируют изображение фокальной точки лазерного луча на фотодиодной линейке 10 и регистрируют условно нулевую координату «Б». Далее разарретируют маятник 3 и поджимают его к деформируемой поверхности 7 посредством электромагнита 12. Регистрируют полученную координату энергетического центра светового пятна «В». Нагружают балку, т.е. деформируют ее по типу «чистого изгиба», и создают тем самым на ее поверхности растяжение или сжатие, регистрируют координату светового пятна «Г», полученную после деформации, и вычисляют абсолютную и относительную деформации.An extensometer is installed with the distance between the indenters “A” preliminarily measured using, for example, an additional precision instrument and with the cradled pendulum 3 on the reference beam, and movable 5 and fixed 11 indenters are fixed on its
Предлагаемый способ измерения относительной продольной деформации поверхности осуществляют следующим образом.The proposed method for measuring the relative longitudinal deformation of the surface is as follows.
Для достижения высокой точности измерения относительной деформации необходимо заранее знать точное значение величины «А», для чего требуется измерительное средство, позволяющее с высокой точностью измерить расстояние между острыми кромками двух инденторов.In order to achieve high accuracy in measuring relative strain, it is necessary to know the exact value of the “A” value in advance, which requires a measuring tool that makes it possible to measure the distance between the sharp edges of two indenters with high accuracy.
На схеме (фиг.2) представлен вариант структуры дополнительного измерительного средства для прецизионного контроля базового отрезка «А»: лазер 19 с коллимирующей линзой, подвижный 5 и неподвижный 11 инденторы калибруемого экстензометра, два фотодиода 20 и 20а, электрический блок 21, служащий для индикации разности фототоков указанных фотодиодов. Чем лучше сфокусирован световой пучок на острие индентора, грани которого зеркально отражают световой поток, тем больше чувствительность такой системы к положению острия индентора по оси XI. Наиболее точно измерить расстояние между инденторами можно при помощи лазерного интерферометра 22, установленного на основании 23 с направляющими 24 и механизмом 25 перемещения экстензометра, а также фотоэлектрического микроскопа (не показан). Измеряют базовый отрезок «А» между остриями инденторов 5 и 11 в заарретированном состоянии маятника 3.The diagram (figure 2) shows a variant of the structure of an additional measuring tool for precision control of the base segment “A”: a
Полученный таким образом заранее результат измерения расстояния «А» между остриями инденторов вводится в память вычислителя в составе блока управления. Устанавливают экстензометр на контролируемую поверхность 7 эталонной балки так, чтобы оба индентора были расположены на одной прямой, лежащей в плоскости предстоящего изгиба. В случае, когда контролируется немагнитный материал балки, следует на поверхности 7 тем или иным способом закрепить стальную пластинку. Наличие плоской пружины 14 при этом обеспечивает постоянство усилия прижатия инденторов 5 и 11.Thus obtained in advance, the result of measuring the distance "A" between the tips of the indenters is entered into the memory of the computer as part of the control unit. An extensometer is mounted on the controlled
Коллимированный (параллельный) пучок светового излучения лазера 2 направляют через светоделительное зеркало 8 и фокусируют линзой 6 на контролируемой поверхности 7. Оптический референтный элемент в виде зеркала 4 (сферического или цилиндрического), жестко соединенный с индентором 5 и маятником 3, фиксируют при помощи арретира 15-16, при этом световой пучок, отраженный от оптического референтного элемента и от светоделительного зеркала 8, фокусируют линзой 9 в средней части фотодиодной линейки 10, фотоэлектрический сигнал которой преобразуется в координату энергетического центра светового пятна в системе координат линейки Х2 при помощи электронного блока, входящего в структуру фотодиодной линейки 10. При помощи вычислителя, входящего в состав блока управления фотодиодной линейкой, регистрируют условно нулевую координату «Б» энергетического центра светового пятна.A collimated (parallel) laser light beam of laser 2 is directed through a beam splitter mirror 8 and focused by a
Любой конструкционный материал имеет зернистую структуру, особенно хорошо наблюдаемую в микроскоп, при условии подготовки поверхности путем шлифовки, полировки и травления. Для сталей такой важный параметр, как микротвердость, может изменяться на порядок от зерна к зерну (перлит - цементит). Это обстоятельство может быть источником дополнительной погрешности из-за того, что при малых контактных усилиях между инденторами и материалом, когда площадь контакта индентора меньше размера зерна, острие индентора может смещаться в сторону зерна с меньшей твердостью, вследствие чего изменяется расстояние между инденторами «А» (фиг.3).Any structural material has a granular structure, especially well observed under a microscope, provided that the surface is prepared by grinding, polishing and etching. For steels, such an important parameter as microhardness can vary by an order of magnitude from grain to grain (perlite - cementite). This circumstance may be a source of additional error due to the fact that for small contact forces between the indenters and the material, when the contact area of the indenter is less than the grain size, the tip of the indenter can shift toward the grain with less hardness, as a result of which the distance between the indenters “A” changes (figure 3).
Проведенными многочисленными исследованиями установлено, что универсальная твердость имеет нестабильный, скачкообразный характер изменения особенно в области малых нагрузок. Примером этому могут служить данные, представленные в источнике информации [3], где универсальная твердость имеет не только скачкообразный характер в области малых нагрузок, но и противоположный характер изменения твердости с ростом нагрузки в зависимости от типа индентора (конус, пирамида или шарик). При использовании в качестве инденторов конусов твердосплавного, алмазного, пирамиды Виккерса твердость имела высокие значения при малых нагрузках.Numerous studies have shown that universal hardness has an unstable, spasmodic nature of change, especially in the region of low loads. An example of this is the data presented in the information source [3], where the universal hardness is not only spasmodic in the region of low loads, but also the opposite nature of the change in hardness with increasing load depending on the type of indenter (cone, pyramid or ball). When carbide, diamond, and Vickers pyramids were used as indenters, hardness was high at low loads.
После регистрации координаты светового пятна «Б» производят разарретирование маятника и включают электромагнит 12, фиксирующий экстензометр на контролируемой магнитопроводящей поверхности 7. Вследствие этого оба индентора с определенным усилием оказываются прижатыми к поверхности балки. При этом вследствие микронеоднородности материала балки есть вероятность изменения длины базового отрезка «А»: в результате возможного смещения обоих инденторов световое пятно на фотоприемнике сместится на некоторую величину ΔХ2. После этого определяется новая координата «В» светового пятна на фотоприемнике, что позволяет вычислить разность между второй и первой координатой (В-Б). При возникновении контролируемой продольной деформации поверхности в режиме чистого изгиба подвижный индентор 5 с зеркалом 4 смещаются на величину ΔX1, а энергетический центр светового пятна на фотоприемнике приобретет координату «Г», позволяющую вычислить перемещение подвижного индентора в результате нагрузки (Г-В)/К (фиг.3).After registration of the coordinates of the light spot “B”, the pendulum is snapped and the electromagnet 12 is turned on, fixing the extensometer on the controlled magnetically
Масштабный коэффициент «К» отношения перемещения ΔХ2 по оси чувствительности фотоэлектрического преобразователя Х2 к перемещению ΔХ1 индентора по оси X1 определяется как К=ΔХ2/ΔX1.The scale factor "K" of the ratio of the displacement ΔX2 along the sensitivity axis of the photoelectric converter X2 to the displacement ΔX1 of the indenter along the X1 axis is defined as K = ΔX2 / ΔX1.
Величина относительной деформации «ε» в первом приближении всегда вычислялась как ε=ΔХ1/А.The value of the relative strain "ε" in the first approximation has always been calculated as ε = ΔX1 / A.
В предлагаемом изобретении величину относительной продольной деформации поверхности типа «растяжение-сжатие» возможно вычислить с повышенной степенью точности определения координат выбранных базовых точек, высокой точностью измерения расстояния между острыми кромками инденторов (референтными телами) и высокой точностью их взаимных перемещений из-за деформации поверхности, в том числе с учетом структурной неоднородности деформируемого материала по предложенной автором формуле: ε=(Г-В)/К(А+(В-Б)/К), что и позволяет решить поставленную задачу и достичь указанного технического результата.In the present invention, the value of the relative longitudinal deformation of the tensile-compression surface can be calculated with an increased degree of accuracy in determining the coordinates of the selected base points, with high accuracy in measuring the distance between the sharp edges of the indenters (reference bodies) and with high accuracy in their mutual displacements due to surface deformation, including taking into account the structural heterogeneity of the deformable material according to the formula proposed by the author: ε = (G-B) / K (A + (B-B) / K), which allows us to solve the Adachi and achieve the said technical result.
Источники информацииInformation sources
1. http://standartgost.ru/%D0%93%D0%9E%D0%A1%D0%A2%208.543-861.http: //standartgost.ru/%D0%93%D0%9E%D0%A1%D0%A2%208.543-86
2. http://www.scan-group.ru/devices/testing_devices/Epsilon_extensometers/2. http://www.scan-group.ru/devices/testing_devices/Epsilon_extensometers/
3. Научная библиотека КиберЛенинка: http://cyberleninka.ru/article/n/istoriya-sovremennye-dostizheniya-i-perspektivy-razvitiya-tverdometrii#ixzz2H0aSoJhn3. The Scientific Library of CyberLenink: http://cyberleninka.ru/article/n/istoriya-sovremennye-dostizheniya-i-perspektivy-razvitiya-tverdometrii#ixzz2H0aSoJhn
Claims (2)
ε=(Г-В)/К(А+(В-Б)/К). 2. A method for measuring the relative longitudinal deformation of a tensile-compressive surface, which consists in fixing two reference bodies in the form of pointed indenters on a controlled surface, the distance “A” between the sharp edges of two indenters being measured before being installed on the surface, one of of indenters — movable, and the other — rigidly connected to the device’s body, apply a predetermined deformation force, measure the relative displacement of the reference bodies with the help of coordinate measuring means, and calculate about relative longitudinal deformation of the surface, characterized in that the movable indenter is performed with an optical reference element in the form of a spherical mirror, the center of curvature of which is combined with the indenter tip, they are rigidly mounted on a pendulum having one degree of freedom in the plane of strain measurement, the pendulum is arrested, the light source is connected, and the light source is connected in the form of a laser, the imaginary focus of the beam of which is also combined with the tip of the moving indenter, while the image of the focal point of the laser beam reflected from a spherical mirror feces, with an optical magnification of "K" focus in the form of a light spot in the position corresponding to the average position of the light spot on a coordinate-sensitive photoelectric converter in the form of a photodiode array, and conditionally zero coordinate "B" of the energy center of the light spot is recorded, and then in a caged state an extensometer is installed with some effort, excluding slipping by pointed indenters on the deformable surface, the pendulum is opened, then the pendulum is pressed with by a moving indenter and a spherical mirror to the deformable surface by means of an electromagnet suspended on a frame with a flat spring between the movable and fixed indenters, which ensures a given pressing force, then register the coordinate of the energy center of the light spot "B", load the deformable beam, and after loading register the coordinate the energy center of the light spot "G", and the relative longitudinal deformation is calculated by the formula:
ε = (G-B) / K (A + (B-B) / K).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014101323/28A RU2575795C2 (en) | 2014-01-16 | Method to measure relative longitudinal deformation of surface and extensometer for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014101323/28A RU2575795C2 (en) | 2014-01-16 | Method to measure relative longitudinal deformation of surface and extensometer for its realisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014101323A RU2014101323A (en) | 2015-08-10 |
RU2575795C2 true RU2575795C2 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1011505A1 (en) * | 1981-12-29 | 1983-04-15 | Минский радиотехнический институт | Device for measuring displacement of surface of object |
RU13845U1 (en) * | 1999-12-14 | 2000-05-27 | Волгоградский государственный университет | SMALL MOVEMENT METER |
RU2353925C1 (en) * | 2007-09-27 | 2009-04-27 | Борис Максович Бржозовский | Device for contactless high-precision measurement of object physical and technical parameters |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1011505A1 (en) * | 1981-12-29 | 1983-04-15 | Минский радиотехнический институт | Device for measuring displacement of surface of object |
RU13845U1 (en) * | 1999-12-14 | 2000-05-27 | Волгоградский государственный университет | SMALL MOVEMENT METER |
RU2353925C1 (en) * | 2007-09-27 | 2009-04-27 | Борис Максович Бржозовский | Device for contactless high-precision measurement of object physical and technical parameters |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1892727B1 (en) | Shape measuring apparatus using an interferometric displacement gauge | |
CN104730293B (en) | A kind of caliberating device of white light interference atomic force scan-probe and scaling method thereof | |
Brand et al. | Development of a special CMM for dimensional metrology on microsystem components | |
CN101788271A (en) | Method and device for measuring thickness of the center of confocal lens | |
JP5736822B2 (en) | Elongation measuring system and method | |
US4836031A (en) | Method and apparatus for measuring deformations of test samples in testing machines | |
CN105115407A (en) | Portable multifunctional planeness detection device and application method therefor | |
CN205079734U (en) | Multi -functional jumbo size precision measurement machine | |
CN112254658B (en) | Method for tracing magnitude of film thickness | |
RU2575795C2 (en) | Method to measure relative longitudinal deformation of surface and extensometer for its realisation | |
US3994584A (en) | Diffractographic and other sensors utilizing diffraction waves | |
CN209961611U (en) | Measuring device based on ruler reading telescope and optical lever | |
US3884581A (en) | Diffractographic and other sensors utilizing diffraction waves | |
CN109000567B (en) | Linearity comparison device and method of Fabry-Perot etalon micro-displacement measurement system based on PSD | |
RU2667323C1 (en) | Method and device for differential determination of the radius of curvature of large-sized optical parts using the wavefront sensor | |
JP2017133892A (en) | Rotation angle detector and rotation angle detection method | |
US4168911A (en) | Diffractographic and other sensors utilizing diffraction waves | |
CN107655600B (en) | Tension measuring device based on optical fiber interferometer | |
Watson et al. | Precision strain standard by moiré interferometry for strain-gage calibration: Moiré interferometry is proposed as the datum for strain-gage calibration | |
RU2581440C1 (en) | Method of measuring local radius of curvature of elastically deformed reference beam and device therefor | |
JP2010014536A (en) | Measuring method and measuring apparatus for object under measurement mounted on processing apparatus | |
Leach | NanoSurf IV: traceable measurement of surface texture at the National Physical Laboratory, UK | |
JPH0139045B2 (en) | ||
CN114942016B (en) | Vertical laser pointing correction device and method based on interference fringe decoupling | |
RU2251229C2 (en) | Laser centralizer for x-ray emitter |