SU1451589A1 - Apparatus for analysis of heterogeneous particles produced in grinding process - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области контрольно-измерительной техники, в частности к оптическим устройствам анализа разнородных частиц, и может быть использовано дл  исследовани  таких свойств микрочастиц, образующихс  в процессе технологической обработки поверхностей шлифованием, как размеры, форма, скорость, материал . Цель изобретени  состоит в повышении точности анализа и повышении его информативности за счет дополнительного определени  скорости и материала частиц. Поток частиц, об- разую1 1ихс  при контакте обрабатываемой поверхности и шлифовального круга , зондируют лазерньм световым пучком . Интерференционно-дифракционное изображение частиц регистрируетс  фотоппастинкой, позвол ющей впоследствии определить размер и форму зарегистрированной частицы. Одновременно регистрируетс  скорость частицы с помощью средств доплеровской анемометрии . Поток исследуемых частиц на пути к анализируемому объему подвергаетс  сепарации наложением электрического и магнитного пол  дл  разделени  траекторий зар женных частиц (капель,смазочно-охлаждающей жидкости ) и незар женных частиц (из металла или абразива). Встречный поток либо сопоток инертного газа позвол ет обеспечить заметную разность скоростей частиц различной плотности (металл или абразив) при попадании этих частиц в анализируемый объем. По этой разности скоростей идентифицируетс  материал частицы. 4 з.п, ф-лы, 1 ил. (С (Л 4 СП The invention relates to the field of instrumentation technology, in particular to optical devices for the analysis of dissimilar particles, and can be used to study such properties of microparticles formed during the technological processing of surfaces by grinding, such as dimensions, shape, speed, material. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the analysis and increase its informativeness by further determining the velocity and material of the particles. The stream of particles, forming 1xs when the surface to be machined and the grinding wheel contact, is probed with a laser light beam. The interference diffraction image of the particles is recorded by a photopicker, which makes it possible to subsequently determine the size and shape of the registered particle. At the same time, the particle velocity is recorded using Doppler anemometry. The flow of particles under study on the way to the analyzed volume is subjected to separation by applying an electric and magnetic field to separate the trajectories of charged particles (droplets, coolant) and uncharged particles (from metal or abrasive). A counter flow or an inert gas flow allows for a noticeable difference in the velocities of particles of different density (metal or abrasive) when these particles enter the analyzed volume. By this velocity difference, the particle material is identified. 4 з.п, ф-л, 1 Il. (C (L 4 SP

Description

Изобретение относитс  к контролъ- но-измерительной технике, в частнос- : ти к оптическим устройствам измере- I ни  параметров частиц, и может быть I использовано в производственных и . лабораторных услови х дл  определени  размера, формы, скорости, а так- же материала частиц, образующихс  I в процессе обработки поверхностей при шлифовании.The invention relates to a control and measuring technique, in particular: to optical devices for measuring particle parameters, and can be used in production and. laboratory conditions for determining the size, shape, velocity, as well as the material of the particles formed by I during the processing of surfaces during grinding.

Цель изобретени  - повьшение точности анализа и повьшение его информтивности за счет дополнительного опрделени  материала частиц,The purpose of the invention is to increase the accuracy of the analysis and increase its informativity due to the additional determination of the material of particles,

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства,дл  анализа разнородных частиц, возникающих в процессе шлифовани .The drawing shows a diagram of the proposed device for analyzing dissimilar particles arising during the grinding process.

Устройство содержит лазер 1, пер- вую линзу 2, вторую линзу 3, оптимальный фильтр А, фотопластинку 5, расщепитель 6 пучка, первое 7 и второе 8 зеркала, третью линзу 9, первый 10 и второй 11 объективы, опти- I ческий затвор 12, фотоприемник 13,The device contains a laser 1, a first lens 2, a second lens 3, an optimal filter A, a photographic plate 5, a beam splitter 6, the first 7 and second 8 mirrors, the third lens 9, the first 10 and second 11 lenses, an optical shutter 12 , the photodetector 13,

широкополосный усилитель 14, спект- : роанализатор 15, блок 16 запоминани  сепаратор 17 зар женных частиц, металлические пластины 18, первый 19 ; и второй 20 источники потока газа, I щелевой экран 21 диафрагм 22, На чер- I теже также, изображен шлифовальный j круг 23,broadband amplifier 14, spect-: roar analyzer 15, block 16 for storing charged particle separator 17, metal plates 18, first 19; and the second 20 sources of gas flow, I slit screen 21 of the diaphragms 22, The sketch also shows the grinding j wheel 23,

I Устройство работает следующим I образом.I The device works as follows.

Луч лазера I расщепл етс  расщепителем 6 пучка на два зондирунщнх пучка равной мощности, которые затем с помощью зеркал 7 и 8 и линз 2 и 9 I фокусируютс  в области анализируемого объема на пересечении с потоком исследуемых частиц. Эта область выбираетс  напротив щели щелевого экрана 2 1 . Первый из зондирующих пучков после прохождени  через анализируемый объем направл етс  в апертуру первого объектива 10, затем через диафрагму 22, оптический фильтр 4 - на фотопластинку 5, где формируетс  изображение -дифракционной картиньг части- , по которбй определ ют ее размеры и форму. На оптической оси лазера 1 размещен оптический затвор 12 с регулируемой длительностью экспозиции, с помощью которой задают врем  съем- ки дифракционной картины,  вл ющее- . с  одновременно временем измерени  скорости одной частицы. Оно можетLaser beam I is split by a beam splitter 6 into two probe beams of equal power, which are then focused with mirrors 7 and 8 and lenses 2 and 9 I in the region of the volume being analyzed at the intersection with the flow of the particles under study. This area is selected opposite the slot of the slotted screen 2 1. After passing through the analyzed volume, the first of the probe beams is directed to the aperture of the first lens 10, then through the diaphragm 22, the optical filter 4 to the photographic plate 5 where the image of the diffraction image is formed, which determines its size and shape. On the optical axis of the laser 1, an optical shutter 12 is placed with an adjustable exposure time, with which the diffraction pattern time is set, which is. at the same time measuring the speed of a single particle. It can

ю Yu

1515

0 5 0 5

О ABOUT

п .с ps

5five

быть подобрано экспериментальным пу- )Тем или рассчитано.be selected by the experimental method-) by order or calculated.

Свет, рассе нный движущейс  частицей , собираетс  вторым объективом 11 и направл етс  на фотокатод фотоприемника 13, Частица рассеивает свеч обоих пучков. Но поскольку узел между вектором ее скорости и волновым вектором каждого луча различны, рассе нный частицей свет от обоих пуч - l КОВ .будет различатьс  по длине вогны,The light scattered by the moving particle is collected by the second lens 11 and directed to the photocathode of the photodetector 13, the particle scatters the candles of both beams. But since the node between the vector of its velocity and the wave vector of each beam is different, the light scattered by the particle from both beams - l KOV. Will differ in length,

В результате интерференции волн, сигнал на выходе фотоприемника испытывает биение на частоте, равной разности частот обеих волн. После усилени  IШpoкoпoлocным усилителем 14, с помощью спектроанализатора 15 производитс  измерение разностной частоты , регистрируег ой блоком 16 запоминани , Найден)1а  величина разностной частоты позвол ет определить скорость частицы. На пути потока исследуемых частиц между областью к он- такта шлифовального круга 23 с обрабатываемой поверхностью и областью анализируемого объема размещен сепаратор 17 зар женных частиц, предназначенный дл  разделени  траекторий незар женных частиц, частиц материала обрабатываемой поверхности и абразива от траекторий зар женных частиц. которыми  вл ютс  микрокапли смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), Частицы СОЖ приобретают электрический зар д при разрыве контакта жидкого и твердого материалов на поверхности шлифовального круга 23,As a result of wave interference, the signal at the photodetector output experiences a beating at a frequency equal to the frequency difference of both waves. After amplification by an I-Band amplifier 14, a spectrum analyzer 15 is used to measure the difference frequency recorded by memory 16, Found) 1a the magnitude of the difference frequency makes it possible to determine the velocity of the particle. In the path of flow of the studied particles between the area to the ontact of the grinding wheel 23 with the surface to be treated and the area of the analyzed volume, a separator 17 of charged particles is placed to separate the trajectories of uncharged particles, particles of the material of the surface being treated and abrasive from the trajectories of charged particles. which are microdroplets of coolant (coolant), coolant particles acquire an electric charge when the contact of liquid and solid materials on the surface of the grinding wheel 23 is broken,

Сепараци  зар женных и незар женг ных частиц в вертикальном направлении достигаетс  путем наложени  - электрического пол  (с помощью металлических пластин 18, соединенных с полюсами источника импульсного напр жени ) или магнитного, пол , создаваемого посто нными магнитами или электромагнитами. Размещение анализируемого объема в области, смещенной по вертикали в зону преобладани  траекторий незар женных частиц, позвол ет исключить вли ние СОЖ и тем самым повысить точность измерений.Separation of charged and uncharged particles in the vertical direction is achieved by applying an electric field (using metal plates 18 connected to the poles of a source of pulsed voltage) or a magnetic field created by permanent magnets or electromagnets. Placing the analyzed volume in a region that is shifted vertically to the zone of predominance of the trajectories of uncharged particles makes it possible to eliminate the influence of coolant and thereby increase the measurement accuracy.

Частицы металла и абразива, облада  различной плотностью, достигают анализируемого объема с разницей в скорост х, вызванной различием их торможени  в газовой среде. Эта измеренна  разница скоростей позвол ет определить материал частицы.Particles of metal and abrasive, having a different density, reach the analyzed volume with a difference in speeds caused by the difference in their inhibition in the gaseous medium. This measured velocity difference allows the particle material to be determined.

Дополнительный параллельный или антипараллельный поток газа, создава емый источниками 19 или 20 потока газа позвол ет усилить эту разницу скоростей и тем самым обеспечить надежную селекцию частиц по их материалу . При этом дп  частиц относительно большого размера целесообразен встречный поток, в то врем , как дл  малых частиц необходим сопоток, так как в противном случае они не достигают анализируемого объема.The additional parallel or antiparallel gas flow created by the sources 19 or 20 of the gas flow makes it possible to increase this difference in velocities and thereby ensure reliable selection of particles according to their material. At the same time, dp of particles of relatively large size, a counter flow is advisable, while for small particles a flow is necessary, since otherwise they do not reach the analyzed volume.

Необходимые величины и направление скорости потока газа могут быть получены из следующего соотношени :The required values and the direction of the gas flow rate can be obtained from the following relationship:

V 15, 3,5(lgD)V 15, 3.5 (lgD)

где Vwhere v

- скорость потока газа, измеренна  в м/с; Vo - начальна  скорость частиц,- gas flow rate, measured in m / s; Vo is the initial velocity of the particles,

измеренна  в м/с; D - диаметр исследуемых-частиц,measured in m / s; D is the diameter of the investigated particles

измеренный в мкм. Получение четкого и однозначного изображени ,- дифракционной картины частицы достигаетс  уменьшением анализируемого объема, исключающим попадание в анализируемый объем более одной частицы. Это достигаетс  выбором соответствующей ширины щели щелевого экрана 21 и введением первого объектива 10 и диафрагмы 22.measured in microns. Obtaining a clear and unambiguous image - the diffraction pattern of a particle is achieved by reducing the analyzed volume, excluding more than one particle from entering the analyzed volume. This is achieved by selecting the appropriate slit width of the slit screen 21 and introducing the first lens 10 and the diaphragm 22.

Дл  исключени  деформаций металли ческих частиц за счет их окислени  в воздухе . дп  поддува используетс  инертный газ.To eliminate the deformation of metallic particles due to their oxidation in air. Inert gas is used.

Claims (5)

Формула изобретени Invention Formula 1. Устройство дл  анализа разнородных частиц, возникающих в процессе шлифовани , содержащее лазер дл  формировани  первого зондирующего светового пучка, на оптической оси которого последовательно размещены оптический затвор, перва  линза, счетный объем в зоне пересечени 1. An apparatus for analyzing dissimilar particles arising during the grinding process, comprising a laser for forming a first probing light beam, on the optical axis of which an optical shutter, a first lens, a countable volume in the intersection zone с осью потока исследуемых частиц, вто-gQ р женных частиц выполнен в видеwith the flow axis of the studied particles, the secondary gQ particles are made in the form ра  линза, оптический фильтр и фотопластинка , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности анализа и повьппени  его информативности за счет дополнительного определени  материала частиц,.в него введены расщепитель пучка, первое и второе зеркала, треть  линза, первый и второй объективы, оптический зат55A lens, an optical filter and a photographic plate, characterized in that, in order to increase the accuracy of the analysis and show its informativity by further determining the material of the particles, a beam splitter, first and second mirrors, a third lens, first and second objectives, optical Zat55 магнитов.magnets. 4.Устройство по п.1, о т л и ю щ е е с   тем, что расщепите пучка выполнен в виде полупрозра го зеркала.4. The device according to claim 1, so that you split the beam in the form of a semi-transparent mirror. 5.Устройство по пп.1-4, о т чающеес  тем, что дл  со ни  газовых потоков используетс  инертный газ.5. The device according to claims 1-4, in that an inert gas is used for the gas streams. 2020 2525 00 g g вор, диафрагма, фотоприемник, широкополосный усилитель, спектроанализатор , блок запоминани ,сепаратор за- g р женных частиц, первый и второй источники потока газа, щелевой экран, при этом на оптической оси второй линзы между зоной ее пересечени  с осью потока исследуемых -частиц и 10 второй линзой последовательно размещены первый объектив и диафрагма, на оптической оси лазера между оптическим затвором и первой линзой последовательно размещен расщепитель 15 пучка, с которым оптически сопр жены первое и второе зеркала, формирующие оптическую ось .соответственно первого зондирующего светового пучка и оптическую ось второго зондирующего светового пучка, пересекающуюс  через третью линзу с оптической осью первого зондирующего пучка и осью потока исследуемых частиц в счетном объеме, с которым оптически сопр жен второй объектив, на оптической оси которого расположен фотоприемник , выход которого через широкополосный усилитель и спектроанализа- тор соединен с входом блока запоминани , а на оси потока исследуемых частиц последовательно размещены первый источник потока газа, сепаратор зар женных частиц, щелевой экрац анализируемый объем и второй источник потока газа, причем направлени  потоков газа, создаваемых первым и вторым источниками потоков газа,  вл ютс  соответственно параллельным и антипараллельным направлению пото- Q ка исследуемых частиц.thief, diaphragm, photodetector, wideband amplifier, spectrum analyzer, memory unit, separated particles separator, first and second sources of gas flow, slit screen, while on the optical axis of the second lens between its intersection zone and 10, a second lens and a diaphragm are successively placed in the second lens; on the optical axis of the laser, between the optical shutter and the first lens, a beam splitter 15 is sequentially placed, with which the first and second mirrors are optically coupled The axial axis. corresponding to the first probing light beam and the optical axis of the second probing light beam intersecting through the third lens with the optical axis of the first probe beam and the flow axis of the studied particles in a countable volume, with which the second objective is optically conjugated on the optical axis, the output of which is connected via a broadband amplifier and spectroanalyzer to the input of the memory unit, and the first source of flow is sequentially placed on the flow axis of the studied particles the gas, the charged particle separator, the slit screen, the volume being analyzed and the second gas flow source, and the directions of the gas flows generated by the first and second gas flow sources are parallel and antiparallel to the flow direction of the particles being studied, respectively. 2.Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с   тем, что сепаратор зар женных частиц выполнен в виде2. The device according to claim 1, wherein the separator of charged particles is in the form of двух параллельных металлических плас- g тин, соединенных с соответствующими полюсами источника импульсного напр -г жени .two parallel metal plates connected to the corresponding poles of a source of pulsed voltage. 3.Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с   тем, что сепаратор за53. The device according to claim 1, that is, that the separator is for 5 магнитов.magnets. 4.Устройство по п.1, о т л и ч ю щ е е с   тем, что расщепитель пучка выполнен в виде полупрозрачного зеркала.4. The device according to claim 1, so that the beam splitter is made in the form of a translucent mirror. 5.Устройство по пп.1-4, о т л и- чающеес  тем, что дл  создани  газовых потоков используетс  инертный газ.5. The device according to claims 1-4, which is based on the fact that an inert gas is used to create gas streams. а13 /a13 / 5 /5 175/5 17 .e.e / / 9 2 9 2 2/2 / гг 23yr 23