×
13.01.2017
217.015.8234

СПОСОБ ФРАКТАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую поверхность. Исследуемую поверхность очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности, сразу после очистки на поверхность наносят жидкость в виде капли фиксированного объема. Посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют момент окончания растекания капли жидкости, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли и убирают скоростную цифровую видеокамеру, затем над каплей устанавливают импульсный источник света и производят кратковременный световой импульс. Убирают импульсный источник света и видеокамерой регистрируют момент окончания растекания капли жидкости, нагретой световым импульсом, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли, нагретой световым импульсом. По полученным данным определяют фрактальную размерность исследуемой шероховатой поверхности. Изобретение обеспечивает повышение точности контроля уровня шероховатости поверхности и расширение диапазона исследуемых материалов. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую поверхность, например поверхность пера лопатки ГТД на заключительных стадиях обработки.

Известен способ капиллярной дефектоскопии, включающий в различных вариантах следующие основные операции: пропитку деталей в индикаторном (ярко окрашенном или люминесцирующем) растворе с целью заполнения полостей дефектов и пространства между неровностями, удаления раствора с поверхности детали, проявления дефектов и выявления следов дефектов. Проявление дефектов осуществляется обычно порошками, наносимыми на поверхность детали и впитывающими индикаторный раствор из полостей дефектов [Назаров С.Т. Методы контроля качества сварных соединений. М.: Машиностроение. - 360 с; Гурвич А.К. Неразрушающий контроль. Книга 1. Общие вопросы. Контроль проникающими веществами. / А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов, С.Г. Сажин. Под ред. В.В. Сухорукова. М.: Высшая школа, 1992. - 242 с.].

Недостатком данного способа является ограничение точности контроля шероховатости поверхности, обусловленное вязкостью используемого индикаторного раствора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ контроля шероховатости поверхности диэлектрических подложек по патенту RU №2331870 С2 от 17.07.2006, опубл. 20.08.2008, МПК G01N 21/88, заключающийся в том, что исследуемую поверхность подложки очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала подложки. Сразу после очистки подложку располагают горизонтально и на ее поверхность с высоты не менее 6 мм и не более 22 мм наносят каплю жидкости фиксированного объема. Определяют время растекания капли жидкости по поверхности подложки от момента касания капли жидкости поверхности подложки до прекращения движения жидкости по поверхности. Шероховатость контролируемой поверхности подложки определяют путем сопоставления полученного значения времени растекания капли жидкости по поверхности подложки с предварительно замеренной калибровочной зависимостью.

Недостатком данного способа является ограничение точности контроля шероховатости поверхности, обусловленное вязкостью жидкости, используемой для формирования капли.

Поставлена задача: повысить точность контроля уровня шероховатости поверхности, расширив при этом диапазон исследуемых материалов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что исследуемую поверхность очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности, сразу после очистки на поверхность наносят жидкость в виде капли фиксированного объема, посредством скоростной цифровой видеосъемки фиксируют время растекания капли жидкости по поверхности, затем определяют шероховатость исследуемой поверхности, согласно заявляемому изобретению посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют момент окончания растекания капли жидкости, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли и убирают скоростную цифровую видеокамеру, затем над каплей устанавливают импульсный источник света и производят кратковременный световой импульс, в дальнейшем убирают импульсный источник света и помещают в исходное положение скоростную цифровую видеокамеру, которой регистрируют момент окончания растекания капли жидкости, нагретой световым импульсом, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли, нагретой световым импульсом; по полученным данным определяют фрактальную размерность D исследуемой шероховатой поверхности:

D=2·loga(Gдлина1/Gдлина2).

Здесь а=(Gплощадь1/Gплощадь2), где Gдлина1 - длина периметра растекшейся капли; Gдлина2 - длина периметра растекшейся капли после нагрева; Gплощадь1 - площадь растекшейся капли; Gплощадь2 - площадь растекшейся капли после нагрева.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена блок-схема устройства для фрактального контроля шероховатости поверхности. Устройство состоит из источника света 1, фильтра 2 инфракрасного излучения, регулируемого источника питания 3 осветителя, дозатора 4 капель рабочей жидкости, направляющей иглы 5 дозатора капель рабочей жидкости, скоростной видеокамеры 6, записывающего устройства 7, исследуемой поверхности 8, капли 9 жидкости фиксированного объема, импульсного источника 10 света, дифракционного оптического элемента 11.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемую поверхность 8 очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности 8, сразу после очистки на исследуемую поверхность 8 наносят жидкость в виде капли 9 жидкости фиксированного объема, затем посредством скоростной цифровой видеокамеры 6 регистрируют время растекания капли 9 жидкости фиксированного объема по поверхности и определяют шероховатость исследуемой поверхности 8. Для этого предварительно посредством скоростной цифровой видеокамеры 6 регистрируют момент окончания растекания капли 9 жидкости фиксированного объема, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли 9 фиксированного объема и убирают скоростную цифровую видеокамеру 6, затем над каплей 9 жидкости фиксированного объема устанавливают импульсный источник 10 света и производят кратковременный световой импульс, в дальнейшем убирают импульсный источник 10 света и помещают в исходное положение скоростную цифровую видеокамеру 6, посредством которой регистрируют момент окончания растекания капли 9 жидкости фиксированного объема, нагретой световым импульсом. Далее определяют периметр и площадь растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема, нагретой световым импульсом. По полученным данным определяют фрактальную размерность D исследуемой поверхности 8:

D=2·loga(Gдлина1/Gдлина2),

где а=(Gплощадь1/Gплощадь2), где Gдлина1 - длина периметра растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема; Gдлина2 - длина периметра растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема после нагрева; Gплощадь1 - площадь растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема; Gплощадь2 - площадь растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема после нагрева.

В результате сформированного импульсным источником 10 света кратковременного освещения растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема и прилегающих к ней фрагментов исследуемой поверхности 8 происходит нагрев вещества капли 9 жидкости фиксированного объема. Повышение температуры вещества капли 9 жидкости фиксированного объема приводит к изменению вязкости жидкости. Например, при использовании воды в качестве вещества капли 9 жидкости фиксированного объема вязкость при нагреве уменьшается [http://ru.wikipedia.org/wiki/Вязкость], в результате чего капля 9 жидкости фиксированного объема начинает вновь растекаться по исследуемой поверхности 8.

Материал исследуемой поверхности 8 обладает значительно большей массой, чем масса капли 9 жидкости фиксированного объема, поэтому теплоемкость исследуемой поверхности 8 намного больше теплоемкости капли 9 жидкости фиксированного объема. По этой причине световой импульс, сформированный импульсным источником 10 света, практически не приводит к изменению температуры материала исследуемой поверхности 8.

Метод определения фрактальной размерности основан на подсчете соотношения между периметром и площадью растекшейся капли. Такое соотношение применяют для оценки размерности фрактальной кривой, ограничивающей исследуемую область. Согласно фрактальной геометрии [Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с.] такая зависимость дается законом Мандельброта:

Здесь Gдлина - длина кривой (периметра капли), измеренная с шагом G, Gплощадь - площадь, ограниченная кривой (площадь капли), измеренная с шагом G2, D - фрактальная размерность рассматриваемой разветвленной структуры, Cη - типичный во фрактальной геометрии неопределенный множитель.

По результатам двух измерений периметра растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема получаем систему двух уравнений:

Здесь Gдлина1 - длина периметра растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема; Gдлина2 - длина периметра растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема после нагрева; Gплощадь1 - площадь растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема; Сплощадь2 - площадь растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема после нагрева.

Из системы уравнений (2) следует, что

где основание логарифма а=(Gплощадь1/Gплощадь2).

В этом случае изменение вязкости вещества капли 9 жидкости фиксированного объема может рассматриваться как изменение шага покрытия при определении фрактальной размерности.

Геометрия растекшейся капли 9 жидкости фиксированного объема регистрируется посредством скоростной видеокамеры 6 и записывающего устройства 7. Затем определяется периметр и площадь капли 9 жидкости фиксированного объема путем использования методов цифровой обработки изображений [Сойфер В.А. Методы компьютерной обработки изображений. М.: Физматлит, 2003. - 784 с.].

Исследуемая поверхность 8 может иметь различный угол наклона относительно линии горизонта. Наибольший угол наклона исследуемой поверхности 8 определяется экспериментально и выбирается таким образом, чтобы капля 9 жидкости фиксированного объема не могла скатиться с исследуемой поверхности 8.

Дифракционный оптический элемент (ДОЭ) 11 необходим для обеспечения равномерного распределения плотности света над растекшейся каплей 9 жидкости фиксированного объема. Синтез ДОЭ с заданными свойствами может быть реализован в соответствии с [Сойфер В.А. Методы компьютерной оптики. М.: «Физматлит», 2003. - 688 с.].

Пример. В качестве исследуемой поверхности использована подложка типа СТ-50, в качестве жидкости - дистиллированная вода. Очистка исследуемой поверхности осуществлена плазмохимическим травлением в среде аргона на установке травления пластин УТП. ПДЭ-125-008. Сразу после очистки с помощью дозатора нанесена капля дистиллированной воды на горизонтально расположенную исследуемую поверхность. Момент окончания растекания капли зарегистрирован системой скоростной цифровой видеосъемки на базе камеры VS-FAST со скоростью 1000 кадров/с. Растекшаяся капля воды фиксированного объема освещена одним импульсом фотовспышки ФИЛ-100, которая позволяет формировать длительность светового импульса - 1/500 с, при этом энергия вспышки составляет 68 Дж.

Фрактальная размерность уровня шероховатости исследуемой поверхности по формуле (3) составила 1,72.

Способ фрактального контроля шероховатости поверхности, заключающийся в том, что исследуемую поверхность очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала исследуемой поверхности, сразу после очистки на исследуемую поверхность наносят жидкость в виде капли фиксированного объема, посредством скоростной цифровой видеосъемки фиксируют время растекания капли жидкости по поверхности, затем определяют шероховатость исследуемой поверхности, отличающийся тем, что посредством скоростной цифровой видеокамеры регистрируют момент окончания растекания капли жидкости, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли и убирают скоростную цифровую видеокамеру, затем над каплей устанавливают импульсный источник света и производят кратковременный световой импульс, в дальнейшем убирают импульсный источник света и помещают в исходное положение скоростную цифровую видеокамеру, которой регистрируют момент окончания растекания капли жидкости, нагретой световым импульсом, после чего определяют периметр и площадь растекшейся капли, нагретой световым импульсом; по полученным данным определяется фрактальная размерность D исследуемой шероховатой поверхности: где a=(G/G), где G - длина периметра растекшейся капли; G - длина периметра растекшейся капли после нагрева; G - площадь растекшейся капли; G - площадь растекшейся капли после нагрева.
СПОСОБ ФРАКТАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
СПОСОБ ФРАКТАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 25.
20.04.2013
№216.012.358e

Способ выполнения отверстий в костной ткани альвеолярного гребня и устройство его реализующее

Изобретение относится к хирургической стоматологии и может быть использовано для внутрикостной дентальной имплантации. В области отсутствующих зубов производят разрез по вершине гребня альвеолярного отростка и отслойку слизисто-надкостничного лоскута. В разрез устанавливают втулки с коническими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479263
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.06.2013
№216.012.48a9

Способ получения декоративных покрытий

Изобретение относится к области получения декоративных покрытий на изделиях из стекла, керамики и других материалов с оптически гладкой поверхностью и может быть использовано при нанесении декоративных покрытий на товары народного потребления, отделочно-декоративные и художественные изделия в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484181
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5af4

Способ перемещения непрозрачных микрообъектов

Изобретение относится к области оптической микроскопии и оптической микроманипуляции. Согласно способу перемещения группы непрозрачных микрообъектов формируют световой пучок с замкнутыми областями нулевой интенсивности из нескольких пучков. Сначала используют три соосных пучка Бесселя нулевого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488905
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e12

Установка для измерения параметров оптически прозрачных поверхностей

Изобретение относится к средствам определения качественных параметров поверхностного слоя оптически прозрачных поверхностей путем моделирования воздействия на оптически прозрачную поверхность различных природных факторов. Технический результат - расширение фукнциональных возможностей. Установка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489703
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.09.2013
№216.012.7032

Способ определения оптических параметров кристаллического вещества

Изобретение относится к способам определения физических свойств в твердых прозрачных средах природного происхождения и может быть использовано при решении задач анализа качества таких материалов. Сущность изобретения заключается в том, что исследуемый материал освещают когерентным источником...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494373
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.10.2013
№216.012.779f

Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы

Изобретение относится к области получения направленных потоков низкотемпературной плазмы с большим током и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве элементов дифракционной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496283
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.04.2014
№216.012.bb39

Нанорезонатор

Изобретение относится к области лазерной техники. Нанорезонатор состоит из двух гребенчатых пересекающихся фотонно-кристаллических волноводов, в месте пересечения образующих резонансную камеру. В зоне резонансной камеры выполнены щели, при этом длина щели больше ее ширины не менее чем в 2 раза....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513657
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.c0d8

Способ измерения чистоты поверхности подложек

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве дифракционных микропрофилей. Способ заключается в том, что производят сдвиг...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515117
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.10.2014
№216.012.fe9d

Устройство контроля макродефектов на внутренней поверхности труб

Устройство относится к средствам контроля геометрических параметров макродефектов внутренней поверхности труб, например, нефтяного сортамента. Заявленное устройство контроля макродефектов на внутренней поверхности труб содержит излучатель, приемник излучения, цилиндрический корпус направляющую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531037
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.02.2015
№216.013.2cd1

Способ компенсации упругих тепловых деформаций подшипников шпинделей металлообрабатывающих станков и устройство для его реализации

Изобретение относится к способу и устройству компенсации упругих тепловых деформаций подшипников шпинделей металлообрабатывающих станков. При вращении вала шпинделя осуществляют непрерывное измерение температуры нагрева каждого его подшипника. Корректировку тепловых деформаций подшипников...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542941
Дата охранного документа: 27.02.2015
Показаны записи 1-10 из 30.
20.04.2013
№216.012.358e

Способ выполнения отверстий в костной ткани альвеолярного гребня и устройство его реализующее

Изобретение относится к хирургической стоматологии и может быть использовано для внутрикостной дентальной имплантации. В области отсутствующих зубов производят разрез по вершине гребня альвеолярного отростка и отслойку слизисто-надкостничного лоскута. В разрез устанавливают втулки с коническими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479263
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.06.2013
№216.012.48a9

Способ получения декоративных покрытий

Изобретение относится к области получения декоративных покрытий на изделиях из стекла, керамики и других материалов с оптически гладкой поверхностью и может быть использовано при нанесении декоративных покрытий на товары народного потребления, отделочно-декоративные и художественные изделия в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484181
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5af4

Способ перемещения непрозрачных микрообъектов

Изобретение относится к области оптической микроскопии и оптической микроманипуляции. Согласно способу перемещения группы непрозрачных микрообъектов формируют световой пучок с замкнутыми областями нулевой интенсивности из нескольких пучков. Сначала используют три соосных пучка Бесселя нулевого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488905
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e12

Установка для измерения параметров оптически прозрачных поверхностей

Изобретение относится к средствам определения качественных параметров поверхностного слоя оптически прозрачных поверхностей путем моделирования воздействия на оптически прозрачную поверхность различных природных факторов. Технический результат - расширение фукнциональных возможностей. Установка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489703
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.09.2013
№216.012.7032

Способ определения оптических параметров кристаллического вещества

Изобретение относится к способам определения физических свойств в твердых прозрачных средах природного происхождения и может быть использовано при решении задач анализа качества таких материалов. Сущность изобретения заключается в том, что исследуемый материал освещают когерентным источником...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494373
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.10.2013
№216.012.779f

Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы

Изобретение относится к области получения направленных потоков низкотемпературной плазмы с большим током и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве элементов дифракционной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496283
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.04.2014
№216.012.bb39

Нанорезонатор

Изобретение относится к области лазерной техники. Нанорезонатор состоит из двух гребенчатых пересекающихся фотонно-кристаллических волноводов, в месте пересечения образующих резонансную камеру. В зоне резонансной камеры выполнены щели, при этом длина щели больше ее ширины не менее чем в 2 раза....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513657
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.c0d8

Способ измерения чистоты поверхности подложек

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве дифракционных микропрофилей. Способ заключается в том, что производят сдвиг...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515117
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.10.2014
№216.012.fe9d

Устройство контроля макродефектов на внутренней поверхности труб

Устройство относится к средствам контроля геометрических параметров макродефектов внутренней поверхности труб, например, нефтяного сортамента. Заявленное устройство контроля макродефектов на внутренней поверхности труб содержит излучатель, приемник излучения, цилиндрический корпус направляющую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531037
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.07.2015
№216.013.60c3

Способ изготовления амплитудных дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур

Способ относится к оптическому приборостроению и касается способа изготовления дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур. Способ включает нанесение молибденовой пленки толщиной 35-45 нм на поверхность диэлектрической подложки с последующим воздействием на нее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556313
Дата охранного документа: 10.07.2015
+ добавить свой РИД