Оптические методы исследования динамики и диагностики быстровращающихся тел тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

РГ5 ОЛ

< I <.: У

На правах рукописи

Казарбин Алексей Владимирович

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ И ДИАГНОСТИКИ БЫСТРОВРАЩАЩИХСЯ ТЕЛ

01.04.05 - Оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Хабаровск - 1997

Работа выполнена в Хабаровском государственном техническом университете

Научные руководители: кандидат физ.-мат. наук кандидат физ.-мат. наук Консультант:

кандидат физ.-мат. наук

В.И. Римлянд К.А. Чехонин

А.И. Кондратьев

Официальные оппоненты:

доктор техн. наук Ю.Б. Дробот

кандидат физ.-мат. наук . Ю.М. Карпец

Ведущая организация: НПО "Дальстандарт"

Защита состоится июня 1997 года в часов на заседании диссертационного совета К 114.12.01 при Дальневосточном государственном университете путей сообщения по адресу: 680056, Хабаровск, ул. Серышева, 47, ауд. 204.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дальневосточного государственного университета путей сообщения

Автореферат разослан "/¿" мая 1997 года

Ученый секретарь диссертационного совета К 114.12.01

кандидат физ.-мат. наук Илларионов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Возникающие при вращении деталей механические напряжения приводят к образованию различного рода дефектов: упругой и неупругой деформации тела, как целого, так и отдельных его частей; образованию внутренних дефектов в виде трещин, разрушению сварных соединений и т.д.; износу подшипников и других трущихся поверхностей. Изучение динамики и диагностика Оыстровращающихся тел является актуальной проблемой современной техники.

Применяемые в настоящее время бесконтактные методы контроля динамических объектов позволяют в основном измерять виброшумовые характеристики или изменение размеров вращающегося тела в строго определенном его сечении и на основе полученных данных производить расчет диагностируемых параметров. Данные методики не позволяют непосредственно в реальном масштабе времени отслеживать смещение вращающейся детали по отношению к основанию или отдельных частей вращающегося тела относительно его геометрической оси при достаточно большой амплитуде колебаний тела, как целого, и соответственно измерять в динамическом режиме изменение формы и размеров тела. Для контроля состояния внутреннего объема статических объектов широко развиты различные методы ультразвуковой дефектоскопии. Однако до настоящего времени не проводились исследования возможности применения методов активной ультразвуковой дефектоскопии для контроля вращающихся тел в динамическом режиме.

Применению оптических методов для исследования динамики быстровращающихся тел и посвящена данная работа.

Цель и задачи работы. Целью работы является исследование возможности применения оптических методов для изучения динамики к диагностики быстровращающихся тел. Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Теоретический анализ и экспериментальное определение характеристик оптических методов исследования динамики Оыстровращающихся тел.

2. Создание методики измерений и обработки сигналов с оп-

тических датчиков для измерения смещения различных частей вращающегося тела при скорости вращения от 0 до 500 об/сек; определение чувствительности и погрешностей измерений создаваемой оптической измерительной системы.

3. Исследование динамики некоторых вращающихся тел оптическими методами с помощью разрабатываемой измерительной системы.

4. Исследование возможности применения ультразвуковых методов для дефектоскопии внутреннего объема вращающегося тела в динамическом режиме.

Научная новизна работы. Основные научные результаты работы сводятся к следующему:

1. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование возможности применения теневого метода для исследования динамики быстровращающихся тел. Применены методы фазовой дискретизации и усреднения сигнала, поступающего с фотоприемников оптической измерительной системы.

2. Разработана и создана оптическая двухлучевая автоматизированная измерительная система, позволяющая с порогом чувствительности 0.5 мкм проводить измерения смещения различных частей тела вращающегося со скоростью до 500 об/сек. Получены экспериментальные зависимости смещения частей электродвигателя и турбины центробежного насоса для различных скоростей вращения, соответствующие амплитудно-частотные и фазо-частотные зависимости.

3. Экспериментально показано, что методы активной ультразвуковой диагностики могут быть применены для дефектоскопии быстровращающихся тел, при этом оптические методы позволяют передать сигнал с пьезоприемника, закрепленного на вращающемся теле, на регистрирующую аппаратуру.

4. Получены экспериментальные зависимости изменения формы ультразвукового импульса при различных скоростях вращения, для модели трещины в корпусе турбины центробежного насоса.

Практическая ценность работы. На основе проведенных исследований :

- Разработана оптическая измерительная система, которая

может быть применена для контроля качества сборки различных быстровращающихся деталей, определения текущего состояния турбин, роторов и т.п. в процессе их работы.

- Предложенный в работе способ активной ультразвуковой диагностики может быть использован для дефектоскопии различных вращающихся тел в динамическом режиме.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [1-6,9] и докладывались на:

Международной конференции "Прикладная оптика - 96", Санкт-Петербург, 1996г.;

Международной научно-технической конференции по использованию результатов конверсии науки в вузах Сибири для международного сотрудничества (СИБКОНВЕРС - 95), Томск, 1995г.;

Международной конференции "Моделирование технологических процессов и систем в машиностроении", Хабаровск, 1994г.

Поданы 4 заявки на предполагаемые изобретения, по двум из них получены положительные решения на выдачу патентов [7,8].

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, шесть глав, заключение, список литературы и приложение. Общий объем работы составляет 142 страницы, включая 39 рисунков, 4 таблицы и библиографию из 140 наименований. Приложение содержит принципиальные схемы электрических блоков и акт внедрения.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Оптический теневой метод позволяет измерять смещение поверхности быстровращающегося тела при скорости вращения до 500 об/сек с порогом чувствительности не менее 0.5 мкм и погрешностью от ±2% до ±15% в интервале от 0 до 1000 мкм.

2. Применение метода фазовой дискретизации и многократного усреднения сигнала с оптических датчиков позволяет использовать теневой метод для исследования динамики быстровращающихся тел при наличии больших шумов и случайных колебаний исследуемого тела.

3. Двухлучевая методика измерений, применяемая совместно с

методом фазовой дискретизации и усреднением сигнала с оптических датчиков, позволяет определять относительные смещения различных частей вращающегося тела с порогом чувствительности 0.5 мкм и получить качественно новые экспериментальные данные в сравнении с традиционными методами диагностики вращающихся тел.

4. Методы активной ультразвуковой дефектоскопии могут быть применены для быстровращающихся тел с использованием оптических методов передачи сигнала с пьезоприемника на регистрирующую аппаратуру.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и практическая значимость работы, формулируется цель диссертации.

В первой главе рассматриваются различные методы для измерения деформаций и амплитуды колебаний быстровращающихся деталей. Наибольшее внимание уделено перспективным бесконтактным системам, действие которых основано на использовании оптических и акустических методов контроля. На основании проведенного анализа сформулированы следующие выводы:

Для исследования динамики и диагностики быстровращающихся тел наиболее приемлемым является теневой оптический метод. Теневой метод позволяет проводить измерения дистанционно, достаточно прост в реализации и надежен. Однако для достижения поставленной в работе цели необходимо детально изучить возможности данного метода, определить диапазоны измерений, чувствительность, оценить погрешности.

Для дефектоскопии внутреннего объема вращающегося тела наиболее эффективными являются методы ультразвукового контроля. Применение ультразвуковых методов для диагностики быстровращающихся тел возможно, только если будут разработаны достаточно надежные, чувствительные и удобные в работе средства бесконтактного съема акустической информации.

Во второй главе теоретически и экспериментально рассматриваются возможности применения теневого метода для изучения

динамики быстровращающихся тел. Описана конструкция оптической системы, позволяющей в динамическом режиме определять положение тела в пространстве, а также взаимное смещение или изменение размеров отдельных его элементов с высокой точностью.

В основу оптической измерительной системы положен теневой метод измерения положения движущегося объекта. При этом изменение положения объекта, освещаемого светом, определяется по смещению его тени отбрасываемой на экран. Фиксируя положение тени можно вести измерения в реальном масштабе времени без непосредственного контакта измерительного прибора с изучаемым объектом. В качестве датчика положения тени на экране служит фотоприемник, сигнал с которого пропорционален величине попадающего на него светового потока.

Несмотря на простоту, предлагаемый метод в настоящее время не применяется для исследования динамики быстровращающихся тел, в том виде как это предложено нами. Предлагаемая методика измерений позволяет получать качественно иную информацию в сравнении с традиционными методами диагностики, соответственно данные, полученные с помощью созданной системы, проверить другими методами достаточно сложно. При исследовании динамики вращающихся объектов необходимо определять взаимное смещение деталей вращающегося тела М (например ламелей коллектора или лопаток турбины относительно геометрической оси ротора) на фоне колебаний ротора как целого А, при этом амплитуда колебаний ротора в несколько раз может превышать ДА. Следовательно чувствительность оптической системы в динамическом режиме, ее постоянство во всем диапазоне измерений по расстоянию и величина погрешностей имеют первостепенное значение.

На рис. 1 приведена упрощенная оптическая схема однолуче-вого лазерного профилометра. Световой поток 2 источника излучения 1 (использовались лазеры типа ЛГ-105 или ЛГ-52), частично перекрывается препятствием 3 и минуя диафрагму 4, попа дает на фотоприемник 5, сигнал с которого поступает на усилитель 6. Принимая лазерное излучение идеальным осесимметричным гауссовым пучком, зависимость электрического напряжения на

выходе усилителя фотоприемника иВых от ряда параметров данной оптической схемы в статическом режиме может быть представлена в виде:

х0+Ь2 ,

Зо * ИГ г г (Х-Хо) \ Увых = КфдА Кус* *-* ехр--5- dx (1)

х0-Ь 1

где Кфл" коэффициент преобразования световой энергии в электрический сигнал для фотодиода-, Кус- коэффициент усиления усилителя фотоприемника; интенсивность светового потока на выходе из лазера; г - расстояние вдоль оси луча от выходного окна до точки измерения; ао~ радиус пучка на выходе из лазера; аг{г)*> ао2 + г2*62 радиус пучка на расстоянии г от выходного окна лазера; х0- координата оси светового луча вдоль оси X; и Ъг - расстояние от "нижнего" и "верхнего" края диафрагмы до оси луча соответственно.

Рис. 1 Упрощенная оптическая схема лазерного профилометра

Задачей измерений с помощью оптической измерительной системы является определение величины XI (координата по оси X точки, обозначающей край препятствия), или ее изменение Дх1 по отношению к какому-либо начальному значению. Основными требованиями к создаваемой измерительной системе являются -достаточно высокий коэффициент преобразования т= Дивых/Дхг и постоянство этого параметра во всем диапазоне изменений XI, т.е. линейность зависимости ивых от х*. Первое из этих требо-

ваний обеспечивается путем использования лазера в качестве источника света, имеющего высокую величину и соответствующих фотоприемников. Проведенный анализ показывает, что при использовании предложенной оптической схемы диапазон изменения XI, с постоянной в пределах 5% г, соответствует интервалу х0- 0.2*а <хх< х0+ 0.2*а, где х0 - центр пучка совпадающий с центром диафрагмы. При расходимости лазерного луча 8= 1.22\/2*ао =»3' величина а составляет примерно 0.8-1.5 мм и 1-2мм для лазеров ЛГ-105 и ЛГ-52 соответственно, а диапазон изменения XI в линейной области составит 0.3 - 0.6 мм.

Данные оценки сделаны для случая статических измерений и не учитывают погрешностей, которые возникают за счет разъюс-тировки системы и ряда факторов при динамических измерениях. Поэтому необходимо значительно увеличить диапазон линейности. Экспериментальные измерения показывают, что величина а должна быть 3-5 мм. Увеличение а достигается за счет установки цилиндрической линзы, расширяющей световой пучок по оси X. Фокусное расстояние линзы выбрано таким, чтобы величина а составляла 4-7 мм, что делает диапазон линейности вполне приемлемым.

В разделе 2.1.2 описана конструкция оптической измерительной системы - двухлучевого лазерного профилометра. Световой пучок формируется лазерным источником и попадает в блок формирования двух измерительных световых пучков, состоящий из цилиндрической линзы, делительной пластины и зеркала. После прохождения области пространства, где располагаются диагностируемые узлы или детали вращающегося тела, модулирующие интенсивность световых потоков, световые пучки попадают в блок фотоприемников. Использование двух измерительных световых потоков одновременно позволяет сравнивать смещение различных деталей исследуемого объекта между собой, либо по отношению к опоре. Конструктивно оптическая система оформлена на металлическом основании, которое установлено на пневматических опорах. Крепление всех узлов оптической системы выполнено таким образом, что позволяет достаточно легко перенастраивать лучи в широких пределах: ±30 см по вертикали и ±35 см по горизон-

тали. Микроподачи позволяют плавно перемещать поворотные зеркала в одном направлении на ±20 мм, а фотоприемники в двух взаимно перпендикулярных направлениях на расстояние ±50 мм относительно общего основания.

Для разработанной конструкции лазерного профилометра, при частичном перекрытии светового потока, попадающего в диафрагму фотоприемника, препятствием ивых может быть записано в виде:

Р0- мощность светового потока проходящего сквозь открытую диафрагму фотоприемника; расстояние вдоль оси луча от источника до препятствия, положение которого необходимо определять; Иг- расстояние от препятствия до входной диафрагмы фотоприемника; Г?о = ао/6 - параметр характеризующий расходимость светового пучка; а2 = ао2 + 82 *(!?1+Р2)2.

Экспериментальные статические измерения показали, что при использовании основной оптической схемы лазерного профилометра (с цилиндрической линзой) коэффициент преобразования г изменяется не более чем на 1% при изменении Дха от 0*100 мкм и в пределах 5Х при Дх1= 100-500 мкм. В зависимости от геометрических параметров (расстояние от источника излучения до препятствия и от препятствия до фотоприемников, ширины диафрагмы) т может изменяется в два-три раза, что вполне приемлемо и может быть компенсировано изменением коэффициента усиления Кус или учтено при проведении вычислений. В качестве "базового" значения г было выбрано значение 10 мВ/мкм и при перенастройке оптической схемы и юстировки системы добивались близких к этому значений.

Вопрос о чувствительности и быстродействии оптической измерительной системы в динамическом режиме подробно рассматривается в разделе 2.2.2. Теоретически показано, что для того чтобы измерить смещение отдельного фрагмента вращающегося те-

1!вых = КфД* Кус* Р0 - Г*Х1

(2)

где г= с1иВых/с1х1= КфД*Кус*1о*|/й *

- и -

ла (Г= 500 Гц) с линейным размером по линии образующей 1 мм с порогом чувствительности 0,5 мкм при радиусе тела 30 см необходимо тлеть полосу пропускания электронно-оптического тракта

до 1О6 Гц.

Для определения погрешностей в динамическом режиме и калибровки системы оптической диагностики был изготовлен лазерный интерференционный виброметр, который позволял измерять амплитуду колебаний с точностью Х/2. Динамические измерения с помощью виброметра показали, что при частотах колебания корпуса до 350 Гц, чувствительность оптической системы не отличается от статической, при Г= 350-500 Гц и при величине смещений 200-500 мкм чувствительность падает на 5*15%, что является вполне допустимым.

В разделе 2.2.2 также приведены результаты других экспериментов по проверке чувствительности и линейности оптической измерительной системы в динамическом режиме.

В итоге, на основании данных статических и динамических измерений сделаны следующие выводы: при использовании основной оптической схемы лазерного профилометра, погрешность измерений смещения точек поверхности вращающегося тела (Дхг) составляет:

при скоростях вращения до 300 об/сек в интервале изменений Ах1= 0+100 мкм - ±1%, в интервале Ахх=100+500 мкм - ±5%, в интервале Дх1=500П000 мкм - ±10%;

при скоростях вращения 300-500 об/сек в интервалах Дх1=0П00 мкм - ±2%, ДХ1=100*500 мкм - ±10%, Дх1=500П000 мкм - ±15%, порог чувствительности измерительной системы не менее 0,5 мкм.

Третья глава содержит описание способа обработки сигналов с оптических датчиков. Приведена методика выделения полезного сигнала соответствующего абсолютному смещению точек поверхности вращающегося тела на фоне шумов, уровень которых может в несколько раз превышать амплитуду полезного сигнала.

Для обработки сигнала с фотоприемников были применены методы дискретизации и усреднения сигнала. В случае исследования динамики вращающегося тела, например ротора электродвига-

А О

- 1с. -

теля, ротор совершает три основных вида колебаний и сигнал на выходе фотоприемника луча настроенного на ротор можно представить в виде:

Ар= AK(f,t) + AB(f,t)+ ÜMf.t) + ÄAcr(t) + Am(t) (3)

где функция AK(f,t) определяется вынужденными колебаниями корпуса; AB(f,t)~ вынужденными колебаниями вала как целого относительно корпуса электродвигателя; ААД(f,t) определяется изменениями положения образующей, которая модулирует луч при вращении, от статического положения (т.е. радиальное смещение точек поверхности вала за счет деформации во время вращения), Ma(f,t) зависит от. фазы поворота и скорости вращения; ААст(Ь) определяет отклонение от окружности образующей вала в статическом положении и зависит только от фазы поворота; Anr(t) задается случайными колебаниями вала и корпуса, их величина определяется "вибрационными шумами" основания, зазорами и устройством подшипников, случайными колебаниями элементов оптической системы, общим фоном акустических шумов и также шумами электронного тракта. Величина этой функции меняется в широких пределах в зависимости от скорости вращения. При постоянной скорости вращения AK(f,t), AB(f.t), ДАд(f,Ь) и AAcT(t) являются периодическими функциями с периодом равным времени одного оборота вала т= l/f. Многократная синхронная запись и усреднение сигнала с фотоприемников позволяет выделить полезный сигнал, т.к. Аш при этом стремится к нулю или постоянному значению. Для реализации предложенного алгоритма была создана автоматизированная измерительная система (АИС), на базе ЭВМ 386 SX.

В 3.2 рассмотрена работа разработанной системы синхронизации АИС, приведены осциллограммы сигналов для различных режимов работы системы.

В разделе 3.3 описана работа оптической измерительной системы совместно с АИС в двухлучевом режиме. При работе лазерного профилометра в двухлучевом режиме совместно с АИС возможно программно задавать количество усреднений сигнала N,

вводить значения коэффициента преобразования г для каждого из лучей и другие параметры. В результате одного полного измерительного цикла в памяти компьютера создается два массива значений Ац и А'2х (1= 1*Р). Каждое из чисел в данных массивах является средней величиной смещения определенной точки образующей поверхности в момент ее "касания" лазерным лучом. Первый индекс определяет номер лазерного луча, а второй "1" угол поворота образующей по отношению к некоторому условному началу («1=0):

Л! = (2Я/Р)*1 + (2тг/4Р)*Ь (4)

где Р- количество импульсов положения на один оборот (определяется системой синхронизации и может принимать значения от 1 до 120); I- целое число 0,1,2 или 3 и задается оператором.

Первый и второй лучи можно настраивать на различные "сечения" вращающегося тела. При экспериментальном исследовании динамики вращающихся тел использовались различные варианты настройки. Все математические операции с массивами Ац и А21 производятся автоматически с помощью ЭВМ. Таким образом настраивая лучи на отдельные части тела и его крепления можно определять абсолютную и относительную величину смещения различных деталей вращающегося тела, отслеживать величину фазовых соотношений этих смещений в зависимости от скорости вращения.

На рис. За приведена осциллограмма сигнала с фотоприемника при настройке лазерного луча на вращающийся насадку с эталонными уступами высотой 14, 7 и 12 мкм, навинченный на вал электродвигателя. На рис. 36 приведены соответствующие зависимости Ахк А-гх и Мх= А*! - А21, полученные с помощью АИС при настройке первого луча на вращающуюся насадку и второго на вал электродвигателя. Данные измерения проведены при скорости вращения 500 об/сек и N=64, Р=33.

В разделе 3.4 приводятся результаты специального модельного эксперимента, по измерению величины деформации врал!ающихся полуколец. Величина деформации полуколец была рассчитана теоретически, используя интеграл Мора и измерена экспериментально. Один из лучей лазера настраивали на внешнюю образующую

полукольца, а второй на вал вблизи места его крепления. Полученная экспериментальная зависимость величины деформации от скорости вращения достаточно хорошо согласуется с теоретической.

14 мкм

W

0.1 В

I---f= 500 Гц

1 UC.

А , икм 40

30

а)

Aü

Л2

Л A j

б)

Рис. 3 Осциллограмма сигнала и зависимость Aii, Agi и ÛAi для насадки с уступами и вала электродвигателя при f=500 Гц.

о

Результаты проведенных экспериментов показывают, что применение оптической измерительной системы на базе теневого метода и АИС позволяет с высокой точностью проводить исследования динамики вращающихся тел.

В четвертой главе приводятся результаты применения оптической системы для исследования динамики электродвигателя КУВ-071В и турбины компрессора выпускаемого АО Дальэнергомаш.

Приведены зависимости величины смещений коллектора и корпуса (Ац и А21) при различных скоростях вращения, амплитудно-частотные зависимости.

Экспериментально были исследованы достаточно "тонкие" динамические эффекты. Так, например, для турбины на частоте 72 Гц имеется резонанс для корпуса подшипника, отсутствующий для вала турбины. Экспериментальные зависимости Ап и Ав от ос показывают, что на этой частоте вал колеблется в противофазе по отношению к корпусу подшипника, т.е. стенду. На частоте Г= 80 Гц, частота колебаний стенда "удваивается" по отношению к скорости вращения турбины, аналогичная картина наблюдается при Г= 117 Гц.

На основе полученных зависимостей были рассчитаны зависимости разности фаз колебаний вала и корпуса турбины Датах от

Датах рассчитывалась по формуле:

Лащах= «втах " «птах (5)

где «втах и ссп!Т1ах - угол а2 соответствующий максимуму зависимости А (а^) для вала и корпуса подшипника соответственно при заданной скорости вращения. Другими методами подобные зависимости для механических систем не измеряются.

Проведенные эксперименты показали высокую информативность созданной оптической системы и возможность с ее помощью получать качественно новую информацию при исследовании динамики быстровращающихся тел в сравнении с применяемыми методами.

В пятой главе проведено исследование возможности применения ультразвуковых методов контроля для диагностики вращающихся тел. В качестве основного был выбран метод активной ультразвуковой дефектоскопии. Для проведения экспериментов была создана измерительная система, основу которой составляют некоторые узлы оптической измерительной системы и АИС, а также специально разработанные для этого блоки. В качестве объекта на котором проводились исследования была использована турбина центробежного насоса. Возбуждение ультразвуковых импульсов производится пьезокерамическим преобразователем, зак-

репленным на турбине. Передача электрического сигнала с неподвижного основания на пьезопреобразователь производилась через щеточный узел. Прием ультразвуковых импульсов осуществлялся другим пьезокерамическим преобразователем, закрепленным на турбине. С преобразователя сигнал поступал на предуси-литель, расположенный внутри вала вращающегося тела. Передача сигнала с выхода вращающегося предусилителя на неподвижное основание производилась с помощью оптопары (фотодиод-светоди-од). Фотодиод ФД10Г закреплялся на торце вала, на его геометрической оси, а светодиод АЛ338 на микроподачах на неподвижном основании на расстоянии 2-3 мм напротив фотодиода. Сигнал через оптопару передавался на усилитель с выхода которого поступал на вход контроллера, являющегося частью автоматизированной измерительной системы.

В разделах 5.1 и 5.2 описана методика проведения эксперимента и алгоритм обработки сигналов поступающих на вход АИС. Приводятся результаты экспериментального изучения возможности возбуждения и приема ультразвуковых импульсов с помощью разработанной системы и АИС. Для проверки возможности обнаружения дефектов, возникающих при вращении детали, был проведен эксперимент по обнаружению модели трещины. Проведенные исследования показывают, что методы активной ультразвуковой диагностики могут быть применены для быстровращающихся тел. Передача возбуждающих электрических импульсов на пьезопреобразо-ватели, закрепленные на вращающейся детали, может происходить с помощью стандартных щеточных узлов, а сигнала с пьезоприем-ника ультразвуковых импульсов на неподвижное основание, оптическими методами. Эффективное выделение полезной составляющей сигнала может быть произведено с применением фильтра низких частот, на стадии предварительного усиления и многократного синхронного усреднения сигнала.

В шестой главе приведено описание, структурная схема, алгоритмы работы, технические характеристики и программное обеспечение автоматизированной измерительной системы. Разработанная АИС позволяет реализовать алгоритм измерений необходимый для работы оптической измерительной системы. Основу АИС

составляют ПЭВМ 386 SX, специализированный контроллер и программное обеспечение. Для реализации работы АИС совместно с оптической системой, измерения ультразвуковых сигналов и других параметров, предусмотрена работа АИС в трех основных режимах. Все блоки системы выполнены на одной стандартной плате, установленной в корпусе ЭВМ 386 SX на материнской плате машины и фактически являются контроллером ЭВМ.

Программное обеспечение состоит из основной программы workml управляющей работой ЭВМ и платой контроллера при работе всей системы в режиме "измерения" и нескольких вспомогательных программ, которые по принципу "меню" позволяют вводить все необходимые данные и в конце цикла измерений сразу получить файлы в числовом формате и соответствующие текстовые файлы. Все тексты программ написаны на языке программирования Turbo Pascal.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Теоретически и экспериментально установлено, что применение оптического теневого метода позволяет измерять смещение точек поверхности вращающегося тела с порогом чувствительности 0.5 мкм при скоростях вращения до 500 об/сек. Погрешность измерений составляет от ±2% до ±15% в диапазоне измерений от О до 1000 мкм.

2. На основе теневого метода создана двухлучевая оптическая измерительная система, позволяющая определять относительные смещения тела или отдельных- его частей с погрешностью 0.5 мкм.

3. Разработана и создана автоматизированная измерительная система позволяющая применить методы фазовой дискретизации и усреднения сигнала, поступающего с фотоприемников оптической

измерительной системы, для исследования динамики быстровраща-ющихся тел, при наличии больших шумов и случайных колебаний вращающегося тела.

4. С помощью созданной измерительной системы проведены экспериментальные исследования динамики быстровращающихся

тел. Показано, что использование данной системы позволяет получать качественно новые экспериментальные данные в сравнении с традиционными методами изучения динамики вращающихся тел.

5. Проведены экспериментальные исследования возможности применения методов ультразвуковой дефектоскопии для диагностики быстровращающихся тел в динамическом режиме. Показано, что оптические методы позволяют передать сигнал с пьезоприем-ника, закрепленного на вращающемся теле, на регистрирующую аппаратуру. Для возбуждения ультразвуковых колебаний излучающий пьезопреобразователь, закрепленный на вращающейся детали, может быть связан с генератором с помощью стандартного щеточного узла. Продемонстрирована возможность регистрации трещин, развивающихся в корпусе вращающегося тела.

При выполнении работы был разработан и создан измерительный комплекс, состоящий из оптической измерительной системы (лазерного профилометра) и автоматизированной измерительной системы на базе ЭВМ 386 SX, с помощью которого был реализован алгоритм измерений необходимый для работы системы оптической диагностики, а также проведены ультразвуковые измерения.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Римлянд В.И., Казарбин A.B. Система оптической диагностики быстровращающихся тел.// Тез. докл. конф. "Прикладная оптика - 96".- С.-Петерб., 1996, с.260.

2. Римлянд В.И., Казарбин A.B. Диагностирование быстровращающихся тел с помощью оптической системы.- "Оптический журнал", N 2, 1997, с.93-96.

3. Римлянд В.И., Кондратьев А.И., Казарбин A.B. Комплекс диагностики быстровращающихся тел.// Тез. докл. междунар. науч-но-технич. конф. "Динамика систем, механизмов и машин". -Омск, 1995, книга 3, с.27-28.

4. V.l. Rimlyand, АЛ. Kondratjev, A.Y. Kazarbin Ultrasound diagnostics system for fast-rotating solids.// Abstracts "The scientific conference on use of research conversion results in the Siberian institutions of higher education for interna-

tional cooperation (SIBC0NVER3'95)". - Tomsk, 1995, p.22.

5. Римлянд В.И., Кондратьев Д.И., Казарбин A.B. Система ультразвуковой диагностики быстровращающихся тел.// Сб. научн. трудов НШКТ - Хабаровск, 1996, вып. 2, с. 90-94.

6. Римлянд В.И., Кондратьев А.И., Казарбин A.B. Система диагностики быстровращающихся тел.// Тез. докл. межцунар. конф. "Моделирование технол. процессов и систем в машиностроении".-Хабаровск, ХГТУ, 1994, с.23.

7. Римлянд В.И., Казарбин A.B., Терещенко В.Д., Кузьменко Д..П. Устройство для динамического контроля геометрических размеров коллектора и колебаний электродвигателя.// Заявка на изобр. N 94041610, полож. реш. о выдаче патента от 27.12.95.

8. Римлянд В.И., Кондратьев А.И., Казарбин A.B. Способ ультразвуковой дефектоскопии вращающихся деталей.// Заявка на изобр. N 95101322, полож. реш. о выдаче патента от 3.04.96.

9. Римлянд В.И., Кондратьев А.И., Казарбин A.B. Автоматизированная система ультразвуковой диагностики быстровращающихся тел.// Тез. докл. научно-техн. кснф. "Повышение эффективности работы железнодорож. транспорта ДВ региона".- Хабаровск, ДВГАПС, 1995, с.192.

Казарбин Алексей Владимирович Автореферат

Подписано в печать 05.05.97. Формат 50x84 1/16. Бумага писчая. Офсетная печать. Усл.печ.л. 1,16.

Уч.-изд.л. 1,11. Тираж 100 экз. Ъажхъ

Отдел оперативной полиграфии издательства Хабаровского государственного технического университета 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.