автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка средств автоматизации рентгеновских измерений механических напряжений

РГ6 од

9 9 Ш 1935

<■* САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПАВЛОВ Евгений Евгеньевич

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗМЕРЕНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИИ

Специальность 05.13.07 - автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в санкт-петербургском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Челпанов И.Б.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Елемелех И.М. - кандидат технических наук, доцент Петков П.П.

Ведущая организация - АО "Невский завод"

1/ ас

Защита состоится "$£> " ¿-с/олл 1995 г. в '® часов на заседании специализированного совета К 063.38.28 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251. Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29, X учебный корпус, луд. Ч'ЭзЗ

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной •библиотеке Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Автореферат разослан " •/5"" 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совет] <-,

кандидат технических наук, доцент г//У/~ Н.М.Чесноков

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗМЕРЕНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИИ

Общая характеристика работы

Актуальность тени. Важнейшим фактором, определяющим надежность элементов изделий, являются остаточные напряжения, которые могут значительно снижать запасы прочности, а иногда достигать значений предела текучести или прочности и вызывать образование трещин. Эти напряжения возникают как в процессе изготовления деталей (сварка, ковка, прокатка, точение, шлифование, обдувка дробью), так и в процессе их эксплуатации.

Очевидно, что экспериментальное изучение и технологический контроль остаточных напряжений в промышленных условиях является важной народнохозяйственной задачей, требующей для своего практического решения соответствующего приборного и методического обеспечения.

Для измерения остаточных напряжений на современном уровне имеется большой арсенал физических методов, основанных на измерении деформаций и вычислении напряжений по закону Гука, которые можно разделить на две большие группы: методы, требующие разрушения исследуемого изделия, и неразрушающие методы. В разрушающих методах обязательным условием является изменение целостности изделия.

К неразрушающим методам относятся рентгеновский метод, ультразвуковые методы, а также магнитоупругий метод. Для измерения и контроля напряжений в металлических конструкциях на сегодняшний день отдается предпочтение рентгеновскому методу, который, являясь неразрушающим. обладает, кроме того, такими достоинствами, как высокая точность, малые затраты времени, локальность. возможность раздельного определения трех главных компонент тензора напряжений и выполнения многократных измерений на одном и том же участке (для повышения точности), отсутствие дополнительных механических воздействий на объект измерений, как это имеет место при некоторых разрушающих методах.

Современный уровень требований к рентгеновскому методу определения напряженно-деформированного состояния, в особенности как средства технологического контроля напряжений, предъявляет к рентгеновским дифрактометрам, предназначенным для определения

напряжений, высокие требования по быстродействию при сохранении высокой точности; по обеспечению доступности точек поверхности исследуемого изделия (в той числе и сложной формы) для попадания на них первичного рентгеновского пучка. Дальнейшее развитие этого перспективного направления технической диагностики связано с разработкой автоматизированных контрольно-измерительных стендов, позволяющих исследовать детали различных размеров и конфигураций. Поэтому разработка комплекса вопросов, связанных с построением автоматизированных рентгеновских установок для измерения напряжений, представляется актуальной.

Цель работы. Разработка научных основ проектирования автоматизированных установок для измерения напряжений в деталях рентгеновским методом; оптимизация схемных и конструктивных решений автоматизированных рентгеновских стендов указанного назначения.

Основные задачи, решаемые в диссертации.-

1. Разработка методики решения технической задачи измерения напряжений с использованием средств автоматизации. Структурное построение автоматизированных рентгеновских стендов указанного назначения.

2. Исследование погрешностей автоматизированных рентгеновских стендов, обусловленных различными факторами.

3. Разработка принципов построения структурных элементов автоматизированных рентгеновских стендов и методов определения их параметров.

4. Исследование динамических характеристик манипуляционных систем автоматизированных рентгеновских стендов.

Методы исследования. При разработке принципов построения и выбора параметров автоматизированных рентгеновских стендов использованы методы системного проектирования. Исследование погрешностей рентгеновских стендов проводилось на основании методов метрологии и аналитической геометрии и измерительных методов рентгеновской дифрактометрии. При постановке и решении задач статики и динамики манипуляционных систем стендов применялись методы теоретической и аналитической механики, теории колебаний, сопротивления материалов, теории упругости. Вычисления в процессе теоретических исследований производились на ЭВМ. программирование осуществлялось с использованием языка программирования "Си".

Научная новизна. Разработаны принципы построения автоматизированных рентгеновских стендов для исследования напряжений в деталях и сформулированы требования к, их устройствам, системам и модулям. Разработан алгоритм реиения задачи измерения напряжений с использованием средств автоматизации. Исследовано влияние инструментальных погрешностей на точность измерения напряжений при различных геометрических схемах дифрактометров. Оптимизированы конструктивные параметры измерительных приборов для различных схем дифрактометров. Определены требования к точности структурных элементов автоматизированных рентгеновских стендов. Проанализированы и сопоставлены варианты компоновки измерительной головки дифрактоиетра. Предложены и исследованы варианты решения задачи точного позиционирования измерительного прибора относительно исследуемого изделия. Проанализированы возможности применения станочных манилуляционных систем и промышленных роботов для автоматизации рентгеновских измерений. Разработаны конструкции измерительных головок и проведена оптимизация их силовых параметров. Исследована динамика контактного взаимодействия измерительной головки с поверхностью изделия, предложены способы уменьшения динамических нагрузок.

Практическая ценность работы. Разработаны научные основы проектирования автоматизированных рентгеновских стендов для исследования полей напряжений а деталях. Предложены основные принципиально-компоновочные схемы устройств и систем автоматизированного 'рентгеновского стенда. Разработана методика и программа численного расчета на ЭВМ погрешностей измерения напряжений для различных геометрических схем дифрактометров, которая позволяет производить оптимизацию конструктивных параметров дифрактометров и рассчитывать допускаемые погрешности структурных элементов автоматизированных рентгеновских стендов в зависимости от требуемой точности измерения напряжений. Разработаны конструкции точных измерительных головок. Даны рекомендации по выбору режимов измерения.

Внедрение полученных результатов. Результаты работы использованы при проектировании опытных образцов автоматизированных контрольно-измерительных стендов СКИФ-4 и СКИФ-4М, предназначенных для измерения полей напряжений в деталях ответственного назначения. Техническая документация передана в ГОИ имени С.И.Вавилова. _

Апробация работы и публикации. Основные результаты докладывались на научных семинарах кафедры "Автоматы" СПбГТУ.

По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и содержит страниц машинописного текста, рисунков, список, литературы 102 наименований и приложения, ее полный обьем страниц.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность!темы, определяется цель диссертационной работы, формулируются.задачи, решаемые в работе, перечисляются основные научные результаты диссертации.

Первый раздел посвящен изучению состояния проблемы и постановке задач исследования.

Отмечается, что для определения напряжений рентгеновским способом в настоящее время используется как аппаратура с фотографической регистрацией дифракционной картины, так и дифракто-метрическая аппаратура. Тенденция развития рентгеновской аппаратуры определяется тем, что из средства исследования напряженно-деформированного состояния в лабораториях она все более становится рабочим средством контроля многочисленных технологических процессов при создании различного рода изделий. Отсюда вытекает предпочтительность сравнительно с фотометодом дифрак-тометрической техники, как обеспечивающей более высокую точность и производительность. Последний фактор имеет первостепенное значение и обеспечивается автоматизацией цикла измерений и обработки результатов.

Сравнительный анализ известных рентгенооптических схем дифрактометров по критериям максимальной светосилы, простоты конструктивной реализации, степени универсальности показал, что наиболее предпочтительными для применения в автоматизированных измерительных устройствах являются схемы XI - гониометра,

Ч* - гониометра и схема, реализующая метод одной экспозиции. Названные геометрические схемы относятся к фокусирующей схеме Врегга-Врентано.

Обзор данных по известной отечественной и зарубежной аппаратуре для измерения напряжений показал, что в настоящее время не существует дифрактометрической аппаратуры, обеспечивающей

ч

полную автоматизацию процесса измерения напряжений в изделиях в производственных условиях. Отсутствуют средства автоматического перемещения измерительного прибора от одной точки измерения на поверхности изделия к другой, его ориентации и позиционирования.

Из существующих аппаратных средств наиболее перспективными представляются позиционно-чувствительные детекторы ШЧД) и двуханодные рентгеновские трубки, позволяющие максимально повысить производительность и точность измерений, а также упростить автоматическую обработку результатов.

Основными целями, достигаемыми при автоматизации измерений напряжений, является: повышение точности, надежности и производительности измерений, облегчение условий работы персонала, а также уменьшение затрат на их проведение. Автоматизация контроля напрякений требует решения следующих основных проблем:

- создание достаточно мощных малогабаритных источников рентгеновского излучения.- создание малогабаритных позиционно-чувствительных детекторов рентгеновского излучения;

- создание средств автоматического пространственного перемещения и позиционирования измерительной головки в различных точках исследуемой поверхности изделия;

- создание комплекса специализированных вычислительных средств для обработки данных и выдачи результатов измерений.

Предложенная методика решения задачи измерения напряжений с использованием средств автоматизации позволяет проводить разработку от постановки задачи измерения до проектирования отдельных модулей и всего стенда в целом. При этом критериями оценки являются: диапазоны, точность, производительность измерения, форма вывода результатов, стоимость изготовления установки .

Структурная схема автоматизированного рентгеновского стенда включает: измерительную головку (ИГ), представляющую собой конструктивный узел, несущий рентгеновский измерительный прибор; манипуляционную систему, обеспечивающую перемещение, ориентацию и позиционирование ИГ в точке измерения на поверхности исследуемого изделия,- систему управления приводами манипулятора,- управляющую ЭВМ; модуль вывода результатов измерения. Структурная схема стенда определяет взаимосвязи его отдельных

модулей и является основой для комплексного проектирования стенда.

во втором разделе исследуются проблемы точности автоматизированных рентгеновских стендов.

Источниками геометрических погрешностей в автоматизированных рентгеновских стендах в общем случае являются:

- манипулятор, имеющий линейную дЯп и угловую &0(л погрешности позиционирования относительно заданной точки на поверхности исследуемого изделия;

- измерительный прибор, а именно, позиционно-чувствитель-ный детектор, имеющий погрешность измерения д $

- обьект измерения, имеющий вследствие неточности изготовления линейную йЯи и угловую дО(м погрешности положения, а также погрешность формы в виде погрешности кривизны Д (1/К*<)

в области измерения на поверхности объекта.

Далее в работе исследовано влияние погрешностей дЯ , д (У , А О /Я**) на точность измерения напряжений при использовании различных рентгенооптических схем дифрактометров, а именно, схем - гониометра, Ч^ - го-

ниометра, схемы, реализующей метод одной экспозиции. При этом проведена оптимизация конструктивных параметров измерительного прибора.

Проиллюстрируем поиск оптимальных параметров и исследование влияния геометрических ошибок на точность измерения напряжений на примере рентгенооптической схемы - гониометра.

На рис. 1 представлена расчетная схема дифрактометра при проведении измерений под углом наблюдения . Погрешность

измерения напряжения определяется погрешностью определения углов дифракции в . Эта погрешность складывается из трех составляющих :

- погрешности АА' , вызванной смещением дифрагированного луча из-за погрешности позиционирования измерительного прибора

д(? ;

- погрешности й'в', вызванной смещением дифрагированного луча из-за наличия напряжения в материале изделия;

- погрешности А £ ПЧД.

Заменой переменных в формуле Глокера-хесса-Шаабера с последующей линеаризацией относительно л й и л £ получаем выражение для погрешности измерения напряжения:

НПа

25

20

15

iO

5

3Û M . 50 60 m 80 %,гроЭ.

Рис, 2

ИПа 16

12

8-

ц

о 'to ВО no ISO ¿R Puc.3

где Е, ¿а - соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона материала исследуемого изделия; В0 . В - углы дифракции соответственно для ненапряженного и напряженного материала; й0 - расстояние от источника рентгеновского излучения до точки идеальной фокусировки о.

Эта функция имеет экстремум на интервале (О; 7Г/2 ).

На рис. 2 представлены зависимости А&6>е(Уг) для стали в хромовом излучении ( Ов = 78е) при различных значениях параметров погрешности позиционирования ¿й и погрешности пчд . полученные зависимости использованы для выбора оптимального угла наблюдения, обеспечивающего минимальные погрешности измерения напряжения.

На рис. 3 представлены зависимости ддбу(дй) при оптимальных углах наблюдения и различных значениях погрешности ПЧД . При известной погрешности дf по графику рис. 3

можно определить необходимую точность позиционирования дифрак-тометра для обеспечения заданной погрешности измерения напряжений дб|ц> , а по графику рис. 2 определяется соответствующий оптимальный угол наблюдения , который для безгониометри-

ческой схемы измерения с двуханодной рентгеновской трубкой является конструктивным параметром дифрактометра. Так. например, при погрешности детектора = 10 мкм для того, чтобы погрешность измерения напряжения была не более лбу а ю МПа в стальном изделии, требуется обеспечить точность позиционирования дифрактометра не хуже л Я = ХбО мкм, а конструктивный параметр при этом должен бить принят равным 49*.

Исследование влияния погрешности ориентации а 0( оси измерительного прибора и параметра погрешности формы изделия ¿('/Яы) на точность измерения напряжения проведено численным методом с учетом расходимости (апертуры) первичного рентгеновского пучка.

Проведенный автором сравнительный анализ различных геометрических схем дифрактометров показал, что наибольшей точности измерения напряжений можно достичь при использовании схемы £ - гониометра. При использовании схемы, реализующей метод одной экспозиции, погрешность позиционирования измерительного прибора, угловое отклонение оси гониометрического устройства.

кривизна исследуемой поверхности не оказывают влияния на точность измерения напряжения. Для V - гониометра влияние углового отклонения оси гониометрического устройства от направления перпендикулярного,к поверхности исследуемого изделия в точке измерения на точность измерения напряжения пренебрежимо мало. Схема - гониометра и схема, реализующая метод одной экспозиции, обладают важным практическим преимуществом, позволяя проводить измерения на наклонных поверхностях без переориентации оси измерительного прибора. При этом точность измерения не ухудшается. При проведении исследований на криволинейных поверхностях предпочтительными также являются схема Н7 - гониометра и схема, реализующая метод одной экспозиции, при использовании которой точность измерения напряжений не зависит от кривизны исследуемой поверхности.

Разработанная программа расчета на ЭВМ позволяет решать следующие задачи:

- выбор оптимального конструктивного параметра (угла съемки . .Ч'г ) в зависимости от точности позиционирования измерительного прибора и разрешающей способности ПЧД для схем

Л - гониометра, - гониометра, схемы, реализующей метод

одной экспозиции;

- определение погрешности измерения напряжения по заданным значениям погрешностей позиционирования, ориентации, погрешности ПЧД. погрешности формы изделия для различных геометрических схем дифрактометров:

- расчет допускаемых значений погрешностей позиционирования, ориентации, ПЧД. погрешности формы изделия, обеспечивающих требуемую точность измерения напряжений для различных геометрических схем дифрактометров.

В третьем разделе исследуются принципы построения структурных модулей автоматизированных рентгеновских стендов.

Исследование вариантов компоновки ИГ дифрактометра позволяет сделать вывод о предпочтительности схем с использованием двуханодной рентгеновской трубки и ПЧД, реализующих метод

Н1 - гониометра. При этом вариант компоновки с двумя рентгеновскими трубками и четырьмя ПЧД позволяет обеспечить максимальную производительность измерений. Недостатком данного варианта является трудность его реальной компоновки. Значительные габариты существующих рентгеновских трубок и детекторов не поэ-

9

воляют расположить их достаточно близко к исследуемой точке, что приводит к увеличению отношения мощности фона к мощности полезного сигнала, и, в свою очередь, увеличивает погрешность измерения напряжений.

В значительной мере избежать указанных недостатков позволяет вариант компоновки ИГ с одной двуханодной рентгеновской трубкой и двумя детекторами. Данная схема при существующих трубках и детекторах позволяет максимально приблизить источники к исследуемой точке на поверхности изделия, обеспечив оптимальные конструктивные параметры схемы (угол ) по критерию минимума погрешности измерения напряжения, вызванной погрешностью позиционирования дифрактометра.

В зависимости от условий задачи исследования напряжений в изделии выбирается компоновка измерительного стенда и его манипуляционная система. В общем случае при проведении измерений на поверхностях произвольной формы манипуляционная система дифрак-тометрического стенда должна обеспечивать перемещение измерительной головки в нужную точку рабочего пространства (три переносные степени подвижности), ориентацию оси ИГ в направлении перпендикуляра к исследуемой поверхности в точке измерения (две ориентирующие степени подвижности) и ротацию ИГ вокруг своей оси для проведения измерений под разными азимутальными углами

Ч* (одна степень подвижности), Суммарно манипуляционная система должна обеспечивать перемещения по 6-ти степеням подвижности. Далее в систематическом виде представлены варианты кинематических схем манипуляционных систем дифрактометрических стендов для общего случая исследуемой поверхности изделия и трех наиболее характерных форм поверхностей: сферической, цилиндрической и плоской.

Задача обеспечения точного позиционирования измерительного прибора относительно исследуемого изделия может решаться по трем направлениям.- создание высокоточных специализированных манипуляторов, перемещающих рентгеновский дифрактометр

- создание специальных самоустанавливающихся на поверхности исследуемого изделия измерительных головок, позволяющих компенсировать погрешности позиционирования серийно выпускаемых манипуляторов;

ш

- использование в стенде серийных манипуляторов и оснащение их комплексом средств измерения погрешностей позиционирования, разработка методики учета этих погрешностей и введения поправок при расчете напряжений.

Первое направление представляется наименее перспективным. Это связано как с дороговизной создания специализированного прецизионного манипулятора, так и с,необходимостью проведения предварительного точного измерения геометрических параметров исследуемого изделия, что приводит к снижению производительности работы стенда.

Основным достоинством второго направления является высокая точность измерения напряжений в сочетании с малыми затратами на его реализацию, главным недостатком такого подхода является силовое взаимодействие измерительной головки с исследуемым изделием, что может приводить к существенному изменению напряженного состряния. Поэтому необходимо предварительно оценить величины контактных сил и напряжений, возникающих в материале изделия, определить граничные значения скоростей перемещений измерительного прибора, выявить возможности применения рассматриваемой схемы для проведения измерений на образцах из различных материалов.

..Основным достоинством третьего направления решения задачи позиционирования дифрактометра является отсутствие контактного взаимодействия массивной ИГ с изделием. Схема ИГ, реализующая данный вариант, предусматривает в каждой исследуемой точке на поверхности изделия определение при помощи датчика положения погрешности позиционирования ИГ, которая учитывается при вычислении напряжений.

Далее в работе анализируются возможности применения промышленных роботов и станочных манипуляционных систем для автоматизации рентгеновских измерений.

Промышленные роботы (ПР) могут применяться в дифрактомет-рическом стенде в качестве манипуляционной системы, обеспечивая задаваемые перемещения, ориентацию и позиционирование ИГ в разных точках у поверхностей исследуемого изделия. При этом в качестве объекта манипулирования может выступать как специальная самоустанавливающаяся на поверхности изделия ИГ, так и ИГ, оснащенная средствами измерения погрешности позиционирования. В обоих случаях требуемая точность позиционирования измерительно-

го прибора достигается за С[ет конструктивного решения ИГ, соответственно, специальных требований к точности робота в общем случае не предъявляется. Исключение составляют задачи измерения напряжений в малых областях их высокой концентрации.

При анализе возможности применения того или иного серийного ПР для целей рентгеновского измерения напряжений на первый план выходит оценка его грузоподъемности, кинематических харак-теристь*., размеров рабочей зоны. В целом наиболее универсальными и подходящими для исследования напряжений в изделиях сложной конфигурации являются ПР. работающие в декартовой либо в угловой системе коо^дИНат

Станочные маь,ПуЛЯцИонные системы могут использоваться в дифрактомегрическом с^нде. обеспечивая перемещение и позиционирование ИГ в разных то.,^ у поверхностей исследуемого изделия. только в сочетании с Устройствами ориентации ИГ. По кинематическим возможностям, размер».^ рабочей зоны, жесткости, точности, грузоподъемности наиболее приемлемыми для исследования напряжений в крупногабаритных изделиях ч производственных условиях являются средние универсальные расточные станки. Причем предпочтительной является компоновка стенда с чертикальным расположением оси измерительного прибора.

В четвертом разделе рассмотрены конструкции измерительных головок автоматизированных дифрактометрических стендов и исследована динамика их взаимодействия с исследуемым изделием.

Контактная установка обеспечивает высокую точность позиционирования, но она порождает ряд проблем. Чрезмерное силовое воздействие ИГ на изделие может привести к существенному перераспределению напряжений в его поверхностном слое, а при более сильном силовом взаимодействии также и к пластическим деформациям на поверхности изделия и даже к микро- и макроразрушениям. Поэтому актуальна задача анализа силового контактного взаимодействия измерительной головки с поверхностью изделия. Необходимо оценить контактные силы и напряжения, возникающие в материале изделия, определить предельно допустимые значения скоростей манипулирования ИГ, выявить пути совершенствования конструкции и возможности применения ИГ для проведения измерений на различных материалах.

На рис. 4 представлена конструктивная схема самоустанавливающейся ИГ. С целью снижения силового воздействия на изделие в

Рис. 4. Измерительная головка: 1 - измерительный прибор; 2 - устройство упругой вывески; 3 - узел сферической пяты; 4 - стыковочный фланец механизма ориентации ИГ.

С»

М

поо. ■ 1М

1000 м;

/

Ъ-бмм \

и / ■ г~Юнн

• г/

л. ! , -

И' * ■ 1 . • I • 1 .. 4

400' 200 • Рис 5

мм

НИН.

конструкции ИГ применено устройство упругой (пружинной) вывески. В непосредственный контакт с поверхностью исследуемого изделия входит пята ИГ. Узел сферической пяты необходим для точной контактной установки и компенсации погрешности ориентации ИГ и погрешности формы поверхности изделия.

На основании анализа статической модели ИГ получены аналитические выражения для определения граничных значений силовых параметров настройки механизмов ИГ: коэффициента упругой вывески (доли веса ИГ, уравновешенной пружиной устройства упругой вывески) и усилия прижатия сферической пяты к подпятнику. Показано, что для измерительного стенда, построенного на базе станка 2А622Ф4, коэффициент упругой вывески Ку не должен превышать 0,85. Полученные зависимости позволяют выбирать значения параметров, обеспечивающих ограниченное силовое воздействие ИГ на исследуемую поверхность.

Динамические расчеты проводились для модели пяты с контактной площадкой в виде трех отдельных опор сферической формы. Для каждой опоры поочередно определялись величины контактных сил и напряжений, возникающих при установке ИГ на поверхность исследуемого изделия. Выведены уравнения движения каждой из опор пяты в процессе контактного взаимодействия с изделием и установлено, что наибольшие силы и напряжения возникают при ударе третьей опоры. Динамические нагрузки при контактном взаимодействии зависят от следующих факторов: скорости подвода ИГ к изделию; массы узла ИГ, непосредственно взаимодействующего с изделием; статической силы взаимодействия; вида контактной площадки ИГ; радиуса опор контактной площадки; упругих свойств материала опор контактной площадки. В результате установлены зависимости максимальных контактных напряжений О та* от скорости подвода ИГ к изделию Чо и радиусов опор пяты для различных материалов исследуемых изделий. На рис. 5 графически представлены полученные зависимости для медных пленок, позволяющие определить предельно допустимые значения скорости подвода ИГ к изделию (для меди допускаемое контактное напряжение 920 МПа). Так при радиусе сферических опор пяты 6 мм скорость под-вода не должна превышать 60 мм/мин. Как видно из графиков, с увеличением радиуса поверхности опоры увеличивается максимально допустимая скорость подвода ИГ к поверхности изделия Ушах. Дальнейшее увеличение радиуса больше 10 мм нецелесообразно, так как увели-

Й

чивается опасность кромочного удара опоры пяты о поверхность изделия из-за возможных погрешностей ориентации ИГ, особенно при работе на сферических и наклонных поверхностях. При необходимости работы на материалах с предельным допускаемым контактным напряжением меньшим, чем у меди, применение ИГ с контактной установкой на поверхность может оказаться недопустимым.

Наиболее эффективным способом уменьшения динамических нагрузок при контактном взаимодействии ИГ с изделием является применение схемы ИГ с датчиком положения.

В приложении приведены тексты программ, написанных на языке программирования "Си", которые позволяют проводить расчеты: погрешностей измерения напряжений в зависимости от заданных инструментальных погрешностей автоматизированных рентгеновских стендов для различных геометрических схем дифрактометров; оптимальных параметров измерительных приборов,- допускаемых инструментальных погрешностей, включая погрешность позиционирования измерительного прибора, в зависимости от требуемой точности измерения напряжений.

Заключение

Основные результаты работы следующие:

1. Предложена методика решения технической задачи измерения напряжений с использованием средств автоматизации, которая позволяет проводить разработку от постановки задачи измерения до проектирования отдельных модулей и всего измерительного стенда в целом.

2. Установлено, что погрешность измерения напряжений может быть минимизирована путем выбора оптимальных углов сьемки в зависимости от точности позиционирования измерительного прибора и разрешающей способности детектора. Наиболее высокая точность измерения напряжений может быть достигнута при реализации рент-генооптической схемы - гониометра. Выявлено, что схема

- гониометра и схема, реализующая метод одной экспозиции, позволяют проводить измерения на наклонных поверхностях без переориентации оси измерительного прибора. При этом точность измерений не ухудшается. При исследовании на криволинейных поверхностях предпочтительной является схема, реализующая метод

одной экспозиции, при использовании которой точность измерения напряжений не зависит от кривизны исследуемой поверхности.

3. Наиболее перспективными направлениями решения задачи точного позиционирования измерительного прибора относительно исследуемого изделия являются: создание специальных самоустанавливающихся на поверхности изделия измерительных головок, позволяющих компенсировать погрешности позиционирования серийно выпускаемых манипуляторов; оснащение серийных манипуляторов комплексом средств точного измерения погрешностей позиционирования .

Разработаны конструкции самоустанавливающихся измерительных головок и ИГ, оснащенных датчиками положения. Разработана методика учета погрешностей позиционирования и введения поправок при расчете напряжений.

Предложены и исследованы варианты построения автоматизированных рентгеновских стендов на базе серийных ПР и станочных манипуляционных систем. Разработаны конструкции модулей ориентации ИГ.

4. Разработанная методика исследования динамического контактного взаимодействия ИГ с исследуемым изделием позволила установить зависимости возникающих при ударе максимальных контактных напряжений от скорости подвода ИГ к изделию и радиусов опор контактных площадок ИГ для различных материалов исследуемых изделий. Определены предельно допустимые значения скорости подвода разработанных ИГ к изделию.

Основные результаты диссертации отражены в следующих опубликованных работах:

1. Волков А.Н.. Павлов Е.Е. Рентгеновский дифрактометр // II Всесоюзная конференция по рентгенографии металлов, Ленинград, 1991 г.: Тезисы докладов. - Л.. 1991.

2. Волков А.Н., Павлов Е.Е. Проблемы автоматизации контроля полей напряжений в машиностроительной продукции. - Проблемы машиностроения и автоматизации, 1991 г., N б.

3. Волков А.Н., Павлов Е.Е. Автоматизированный контрольно-измерительный стенд для исследования полей напряжений в деталях ответственного назначения рентгеновским методом. - Труды ЛГТУ, 1991 г., N 437.

4. Павлов Е.Е., Полищук М.Н., Юсупов P.M. Программное обеспечение комплекса для исследования напряжений в деталях машин и металлоконструкциях // Научно-техническая конференция "Инновационные наукоемкие технологии для России". Санкт-Петербург, 1995 г.: Тезисы докладов. -СПб, 1995.

5. Трофимов В.В., Дьяченко В.А., Волков А.Н.. Павлов Е.Е. Автоматический дифрактометр для определения напряжений в изделиях // Научно-техническая конференция "Инновационные наукоемкие технологии для России", Санкт-Петербург, 1995 г.: Тезисы докладов. - СПб, 1995.

Подписано к печати 28.04.95. Заказ 57

Тираж 100 экз. Бесплатно

Отпечатано на ротапринте СПбГТУ 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул.. 29