Способ определения деформаций иперемещений поверхности обекта и устройстводля его осуществления

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМДИТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 29. 06. 79 (2) 2788686/25-28 (51)М. КЛ.3 С 01 В 11/16 с присоединением заявки Но(23) Приоритет Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытийОпубликовано 23,03.81, Бюллетень М 11 Дата опубликования описания 23. 03. 81(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании напряженно- деформированного состояния деталей машин, конструкций, сооружений и взаимгого перемещения их элементов.Известен способ определения деформаций и перемещений, заключающийся в том, что на поверхность объекта наносят растровые сетки, после нагружения объекта деформированную сетку анализируют путем многосрочного сканирования приемником лучистой энергии, полученный сигнал вместе с параметрами сканирования ввдят в ЭВМ 15 и обрабатывают по заданной программе. В нем освещают сетку, которая проецируется на исследуемое изделие. 20 Отражаясь от поверхности иэделия, изображение сети попадает с помощью другого объектива на растр приемника лучистой энергии. Если ось проециро- . вания сети на изделие и ось приемника 25 расположены под.некоторым углом друг к другу или, если исследуемая поверхность изделия деформирована, изображе - ние сетки на приемнике образует с растром приемника муаровые полосы. Выход ной сигнал с приемника подается в ЭВМ для обработки по заданной программе. Одновременно в ЭВМ вводится информация о параметрах сканирования в заданном .угле. После обработки результаты сравнивают с эталоном и могут испольэовать для исполнения нужной команды или индикации 1 .Однако способ не позволяет измерить жесткие перемещения и деформации протяженных труднодоступных поверхностей объекта, находящегося в тяжелых условиях эксплуатации, так как затруднительно проецировать сетку на протяженную поверхность через среду с малой прозрачностью, а также в связи с тем, что измерительная аппаратура и исследователь должны находиться вблизи исследуемой поверхности.Известно устройство для определения деформаций и перемещений поверхности объекта, состоящее из двух световодов, монохроматического источника света, световой поток от которого направляют в световоды, на конце которых измерительным устройством определяют суммарный световой поток. По интенсивности суммарного светового потока определяютвеличину деформации жестко закрепленного участка одного из световодов,а, следовательно, и деформацию исследуемого тела 12,Однако устройство не повзоляетизмерять большие жесткие перемещения и деформации протяженных поверхностей, находящихся в тяжелыхусловиях эксплуатации, так как опти -чески чувствительные волокна одновременно чувствительны к механическим и к температурным воздействиям.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ определения деформаций и перемещений поверхности объекта, заключающийся в том, что на поверхностьобъекта наносят фоточувствительныйслой, выполняющий роль рабочих растровых сеток, сравнивают их с изображением эталонных растровых сеток,после нагружения объекта вновь сравнивают изображения деформированныхсеток с эталонными сетками в раст -ровых сопряжениях и по полученнойкартине муаровых полос судят о деформации и перемещениях на поверхности объекта 3 ,Недостаток способа - отсутствиевозможности измерения деформаций иперемещений поверхностей объекта,удаленных друг от друга на значительное расстояние, так как сделатьприем,;: торец световода бесконечнобельем.:. невозможно.На;.:с, лее близким по технической ущнос и к предлагаемому является устройство для определения деформа дий и перемещений поверхности объекта, содержащее приемный световод, растровые сопряжения, включающие эталонные сетки и рабочие сетки, связанные с приемным световодом блок сканирования и схему обработки информации, Световод в устройстве выполнен так, что один его торец выполнен по Форме поверхности объекта.Устройство содержит также кольцевую шторку и объектив с щелевой диафрагмой. Отслеживание торца световода производится с помощью кольцевой шторки 4 .Недостаток устройства - отсутствие возможности измерения деформаций и перемещений объектов при исследовании напряженно-деформированнМо состояния протяженных труднодоступных и удаленных на значительное расстояние от регистрирующей аппаратуры исследуемых поверхностей, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации, так как в нем объектив, шторка и значительного сечения световод расположены в непосредственной близости от исследуемой поверхности, и определение деформаций производится только в одной ограниченной зоне.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Поставленная цель достигаетсятем, что в способе после нанесенияна поверхность объекта рабочих сеток поочередно освещают растровыесопряжения сеток с помощью передающих световодов, муаровые полосы 5 ориентируют параллельно оси приемногосветовода и проецируют их в приемныйсветовод через его боковую поверхность, а растровые сопряжения освещают.передающим световсдом с его 10 торцовой и боковой поверхностей,Устройство для осущесвленияспособа снабжено передающим световодом, связанным с эталонными сетками, и приемным световодом, каждыйсветовод выполнен ленточным, а схемаобработКи информации связаны с приемным световодом.На чертеже изображено устройствоопределения деформаций и перемещенийповерхности объекта.Устройство состоит из приемноголенточного волокнистого световода 1,рабочих сеток 2., эталонных сеток 3,передающих ленточных световодов 4,элементов 5 связи, блока 6 сканирования с осветителем 7 и схемы обработки информации в виде дешифратора8 и ЭВМ 9 цифровой управляющийв;:од которой соединен с выходом дешифратора 8, вход которого соединен 30 со свободным концом приемного светОвода 1, вход запуска ЭВМ соединенс блоком 6 сканирования. Световоды1 и 4 закрыты обтекателем 10, при-крепленным к исследуемой поверх ности объекта 11, защищающим их отвнешних воздействий и обеспечивающим плотное прилегание сеток.Приемный световод 1 несет на своей боковой поверхности элементы 5 40 связи, например в виде матированныхучастков световода, и рабочие сетки2, нанесенные, например, вакуумнымспособом, на матированные участки.,ветовода. На одном конце на боковой поверхности передающего ленточного световода 4 расположеныэталонная сетка 3 с элементом 5 связи, а на другом - элемент 5 связи,который оптически связан с блоком6 сканирования. Передающий световод 0 4 размещен на приемном световоде 1с совмещением сеток 4 и связан сним на заданном расстоянии от сеток,Эталонную сетку 3 передающего световода 4 можно закреплять с некоторым напуском над его торцом,обеспечивая освещение растровых сопряжений передающим световодом с его торцовой и боковой поверхностей. Измерительных каналов, в состав которых входит приемный световод 1 с сетками 2 и передающие световоды 4 с эталонными сетками 3, может быть несколько, а остальные элементы устройства - в единичном экземпляре.О 20 Элементы 5 связи на световодахполучают путем травления их поверхностей кислотами или же пескоструйной обработкой,Определение перемещений поверхностей объекта производят следующимобразом.Растровое сопряжениеобразуемоерабочими сетками 2, нанесенными наповерхность объекта, и эталоннымисетками З,является своего рода оптическим индикатором перемещения.Передающий 4 и приемный 1 световодыжестко соединены между собой на заданном расстоянии от растрового сопряжения. Передающий световод ужесточают, например, путем его наклейки на стальную пластину, если исследуемая поверхность стальная,т.е.необходимо учитывать температурныекоэффициенты линейного расширенияисследуемой поверхности и пластины.Сравнивают рабочие растровые сеткис изображениями эталонных растровых сеток,Для определения перемещения назаданной поверхности объекта блоком 256 сканирования от источника света поочередно освещают торец и элемент5 связи передающего световода 4,т.е. освещают растровые сопряжениясеток с передачей информации о за- З 0светке на вход запуска ЭВМ 9. Надругом конце передающего световода4 через элемент 5 связи торец световода 4 проходит через растровое сопряжение, После нагружения объекта11 вновь сравнивают изображениедеформированных сеток с эталоннымисетками в растровых сопряжениях,получают картинумуаровых полос,параллельных оси приемного световода 1, соориентированных путем соответствующего выбора направленийлинии сеток и их взаимным расположением. Линии сеток 2, например,должны быть почти перпендикулярныоси приемного световода 1, а линии 45эталонных сеток 3 при их наложениина сетке 2 должны быть почти парал-.лельны линиям сеток 3, При этом перемещения определяют вдоль оси приемного световода 1. Муаровые полосы проецируются в приемный световод 1, а ихпрофильное изображение на торце приемного световода расшифровывают дешифратором 8, сигналы от которогопоступают на цифРОВОЙ упраВляющий 55вход ЭВМ 9, в памяти которой зафиксировано начальное положение полос и,кроме того, в память ЭВМ заранее вводят информацию о шаге муаровых полосконкретного растрового сопряжения.Если исследуемая поверхность объекта 6011 на измерительной базе станетудлиняться или же укорачиваться., тосетка 2 по отношению к эталоннойсетке 3 станет перемещаться внаправлении оси приемного светово да 1, а муаровые полосы будут перемещаться перпендикулярно оси приемного световода 1. Причем количество полос, которое проходит черезлюбую точку растрового поля, равноколичеству штрихов движущейся сетки,которые прошли эту же самую точку. Спомощью дешифратора 8 и ЭВМ 9 производится считывание полос, проходящихлюбую фиксированную точку и получаютзначения перемещения точки исследуемой поверхности, выраженное через число шагов сетки. Зная перемещение на заданной базе, в ЭВМ 9 производится вычисление деформаций,определяется радиус кривизны поверхности и, при необходимости, величинынагрузок при условии, что в памятьбыли введены необходимые для расчета параметры, например, проведеннаяжесткость, геометрические характеристики сечений, информация о деформации противоположной поверхностиисследуемого объекта конструкциии др. В ЭВМ может производиться истатистическая обработка информации.При этом часть информации может бытьвведена на индикаторное устройство.При определении деформаций поверхности объекта крепят между собойсветоводы 1 и 4 в непосредственнойблизости от сеток 2 и 3, что уменьшает измерительную базу до равнойдлине сеток, Деформация сетки 2вызывает изменение шага линий сетки,что приводит к появлению муаровыхполос или же, в случае применениясеток с равным шагом линий, к изменению шага муаровых полос. Знаяих, можно описанным методом определить деформацию в точке крепления растрового сопряжения,для определения угловых дефоРмаций муаровые полосы могут быть полу чены с применением радиальных сеток и комбинациями других видов сеток. При этом необходимо соблюдать основное условие, при:котором муаровые полосы должны быть параллельны оси приемного световода или же быть в ви- де пятна, не превышающего всю ширину ленты приемного световода, которое должно перемещаться поперек приемного световода.Поочередное освещение растровых сопряжений с помощью передающих световодов, ориентация муаровых полос параллельно Оси приемного световода, проецирование их в приемный световод через его боковую поверхность, освешение растрового сопряжения передающим световодом с его торцовой и боковой поверхностей, для чего устройство снабжено ленточным передакщим световодом, связанным с эталонными сетками, и ленточным приемным световодом, который связан со схемой обработки информации, позволчет расширить функциональные возможности засчет возможности определения деформаций и перемещений протяженных труднодоступных и удаленных на значительное расстояние от измерительной аппаратуры исследуемых поверхностей, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации. Кроме того, способ и устройство позволяют определять деформацию и перемещения поверхностей объективов, удаленных друг от друга на значительное расстояние.1 ОФормула изобретения1. Способ определения деформаций и перемещений поверхности объекта., заключающийся в том, что на поверхность объекта наносят рабочие растровые сетки, сравнивают их с изображением эталонных растровых. сеток, що после нагружения объекта вновь сравнивают изображение деформированных сеток с эталонными сетками в раст- ровых сопряжениях и по полученной картине муаровых полос судят о деформации и перемещениях на поверхности объекта, о т.л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, после нанесения на поверхность объекта рабочих сеток,.поочередно освещают раст- Зо ровые сопряжения сеток с помощью пере дающих световодов, муаровые полосы ориентируют параллельно оси приемного световода и проецируют их вприемный световод через его боковунповерхность.2. Способ по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что растровые сопряжения освещают передающим световодом с его торцовой и боковойповерхностей.3. Устройство для осуществленияспособа по п.1, содержащее приемный световод, растровые сопряжения,включающие эталонные сетки и рабочиесетки, связанные с приемным световодом, блок сканирования и схемуобработки информации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что с целью расширения функциональных возможностей,оно снабжено передающим световодом,связанным с эталонными сетками, иприемным, каждый световод выполненленточным, а схема обработки информации связана с приемным световодом,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Дюрелли А., Паркс В, Анализдеформации с использованием муара,М., "Мир", 1974 т с. 148-152.2. Авторское свидетельство СССРР 195688, кл. С 01 В 11/16, 1966.3. Авторское свидетельство СССРР 439695, кл. С 01 В 11/16, 1972(прототип).4. Авторское свидетельство СССРР 497470, кл. 6 01 В 11/16, 1974дратотип).;оставитель Р. ГайнутдиноваРедактор В. Еремеева Техред А.Бабинец Корректор Л.И Зака илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 011/бб Тираж 642 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретен 11-3035, Москва, Ж, Ра Подписное митета СССР и открытий ская наб., д. 4/