Спосіб визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків

Реферат: Винахід належить до методів діагностики розмірних і геометричних характеристик абразивних порошків, зокрема - кутів загострення ріжучих кромок синтетичного і природного алмазу, карбіду кремнію, кубічного нітриду бору та ін. У даному способі величину кутів загострення ріжучих кромок визначають шляхом нанесення на контур проекції певної кількості точок в двовимірній Декартовій системі координат, початок якої поміщують в центр маси проекції зерна. Встановлюють значення x, у - координат нанесених на контур проекції точок, кожну пару сусідніх точок з'єднують відрізком прямої лінії і вимірюють кут, утворений прямолінійним продовженням цього відрізка і додатнім напрямком осі X. Кут загострення ріжучої кромки в кожній із нанесених на контур проекції зерна точці знаходять за різницею кутів, які утворюють з додатнім напрямком осі X продовження двох прямих ліній, що виходять з нанесеної точки і які з'єднують її з наступною за нею та попередньою до неї нанесеними на контур проекції точками. Винахід забезпечує отримання більш вірогідної інформації з величини кута загострення ріжучих кромок і суттєво прискорює процес отримання кінцевого результату. UA 103358 C2 (12) UA 103358 C2 UA 103358 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до методів діагностики розмірних і геометричних характеристик абразивних порошків (синтетичного і природного алмазу, карбіду кремнію, кубічного нітриду бору та ін.), зокрема - кутів загострення ріжучих кромок зерен. Ріжучі кромки є важливою ознакою якості абразивних порошків, їх кількість і кути загострення безпосередньо впливають на абразивну здатність порошку, на продуктивність роботи виготовленого із нього інструменту, на показники якості отримуваної після обробки поверхні. Наявність інформації з ріжучих кромок в сукупності з іншими розмірними та геометричними характеристиками дозволяє обґрунтовано вибирати способи і сфери найбільш ефективного використання абразивних порошків. Відомий спосіб визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків, який передбачає використання часового проектора типу ЧП-2 для отримання проекції зерна і рисувального пристрою РА-4 для зарисовки контуру проекції (див. Никитин Ю.И. Технология изготовления и контроль качества алмазных порошков. - Киев: Наук, думка, 1984.-264 с.). Рисувальний пристрій одягається на тубус мікроскопа. За допомогою дзеркала зображення зерна проектується на спеціальний екран. Екран розміщується від мікроскопу на віддалі, яка забезпечує 1000-кратне збільшення системи. Збільшення системи перевіряється за допомогою об'єкт-мікрометру, який знаходиться на предметному столику мікроскопа, і спеціальної точної лінійки, поміщеної на екран. Кути загострення ріжучих кромок зерен вимірюються за допомогою спеціальних шаблонів. Шаблони являють собою позитивну фотоплівку з нанесеними на неї через один градус кутами. Недоліком такого способу визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків є велика доля рутинної ручної праці (наведення контуру проекції зерна олівцем, ручне вимірювання величини кутів виступів на контурі проекції, підбір необхідних шаблонів). Якщо врахувати, що для отримання найбільш вірогідної (правдоподібної) інформації потрібно проаналізувати щонайменше 100 (або хоча б 400-500, а краще - більше 500) зерен, то обсяг такої рутинної роботи набуває вражаючих масштабів. Іншим недоліком цього способу є те, що для кожного опрацьовуваного зерна враховується 5-8 найбільших виступів. Дрібніші виступи не враховуються, хоча вони безумовно теж вносять важливий вклад в абразивну здатність окремого зерна, а з ним і порошку в цілому. Та й сам процес класифікації виступів і відбір тих, які інтерпретуються як великі, є джерелом суб'єктивізму, оскільки здійснюється візуально тим, хто виконує аналіз, і без обумовлених критеріїв. Відомий найбільш близький за технічною суттю до винаходу спосіб визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків, який передбачає використанням біологічного мікроскопа МБР-1 чи часового проектора моделі ЧП-2 для отримання проекції зерен та зарисовку проекції зерен на рисувальному пристрої приладу для мікро- та макрозйомок ФНМ-2 з (див. Ящерицин П.И., Зайцев А.Г. Повышение качества шлифованных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента. - Минск: Наука и техника, 1972-480 с.). На приладі ФНМ-2 зарисовуються зерна зернистістю 6, 10 і 16, а на часовому проекторі ЧП-2 - зернистістю 25. При зарисовці зерен зернистістю 6 і 10 застосовують збільшення в 1330 раз, зерен зернистістю 16-500 раз, а при зарисовці зерен зернистістю 25-200 раз. В залежності від фактичної форми контуру проекції зерна вимірювання кутів загострення ріжучих кромок проводять за 3-14 виступами. Кути загострення вимірюються шляхом накладання універсального кутоміра типу 1 (ГОСТ 5378-50) на вимірюваний об'єкт так, щоб кромки кутоміра співпадали з дотичними, проведеними через раніше зафіксовані точки. Збіг кромок кутоміра з серединою олівцевої лінії перевіряється лупою 7-кратного збільшення. Такий спосіб визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків дещо поліпшує процедуру зарисовки контуру проекції зерен, але не зменшує обсягу ручної рутинної роботи. Він частково підвищує вірогідність отримуваних результатів, оскільки передбачає вимірювання виступів в кількості до 14 штук і більш чітку процедуру вимірювання кутів загострення. Але при цьому збільшується обсяг ручної роботи. Не усовується і інший недолік зокрема суб'єктивний підхід до питання класифікації виступів. В основу винаходу поставлено задачу такого удосконалення способу визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків, при якому за рахунок нанесення на контур проекції певної кількості точок в двовимірній Декартовій системі координат, початок якої поміщують в центр маси проекції зерна, забезпечується отримання більш адекватної інформації по величині кута загострення ріжучих кромок і суттєво прискорюється процес отримання кінцевого результату. Означена задача вирішується завдяки тому, що у способі визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків, який передбачає отримання проекції кожного зерна із певної їх кількості (проби) і виділення замкнутої межі (контуру) його проекції, згідно винаходу 1 UA 103358 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 на контур проекції додатково наносять певну кількість точок в двовимірній Декартові системі координат з початком в центрі маси проекції зерна, встановлюють значення х, у координат нанесених на контур проекції точок, кожну пару таких точок з'єднують відрізком прямої лінії, який продовжують до перетину з віссю X, і вимірюють кут, утворений цим прямолінійним продовженням з додатнім напрямком осі X, а величину кутів загострення ріжучих кромок знаходять за різницею кутів, які утворюють з додатнім напрямком осі X продовження (до перетину з віссю X) двох прямих ліній, які виходять з нанесеної точки і які з'єднують її з наступною за нею та попередньою до неї нанесеними на контур проекції точками. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає в наступному. Нанесення на контур проекції певної кількості точок в двовимірній Декартові системі координат, початок якої поміщений в центр маси проекції зерна є першим і ключовим кроком формалізації процесу кількісного аналізу плоского рельєфу контуру проекції абразивного зерна. Формалізація як методологічний елемент пізнання переводить процедуру вимірювання кутів загострення ріжучих кромок із якісної (чисто описової за формою і ручною за суттю) площини в кількісну науковоприкладну площину, в якій оперують такими категоріями як поняття, алгоритм, критерій, показник, числове значення та ін. Завдяки цьому створюються передумови повної автоматизації процедури кількісного оцінювання ріжучих кромок - встановлення їх кількості та вимірювання кута загострення. Покладений в основу винаходу, що пропонується, алгоритм передбачає такі етапи: встановлення х, у - координат нанесених на контур проекції точок; з'єднання кожної пари таких точок відрізком прямої лінії; визначення кутів перетину прямолінійного продовженням (до перетину з віссю X) цього відрізка з додатнім напрямком осі X і оскільки при перетині двох прямих утворюється чотири кути, то вибір потрібного з них, власне кута загострення. Всі ці зазначені етапи піддаються алгоритмізації з наступною розробкою комп'ютерних програмних засобів на одній із алгоритмічних мов (в нашому випадку мови FORTRAN 90). Тай сама процедура нанесення на контур проекції зерна точок також може бути автоматизована шляхом використання сучасних інформаційно-комп'ютерних технологій. Все це дає можливість вилучити із процесу вимірювання кутів загострення ріжучих кромок абразивних порошків рутинну ручну роботу. При цьому, усувається впливу суб'єктивного фактора, що сприяє підвищенню вірогідності отримуваних результатів. Зазначимо, що запропонований підхід дозволяє проводити кількісний аналіз і інших присутніх у двовимірному рельєфі контура проекції локальних геометричних форм заглибин та прямолінійних ділянок. В сукупності із виступами, які інтерпретуються як ріжучі кромки, ці геометричні форми дають повне уявлення про абразивну здатність порошку. На рисунках 1-4 зображена схема основних етапів визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків способом, що пропонується. На фіг. 1 приведено зображення (фотографія) зерна. На фіг. 2 показано виділений контур проекції зерна, а на фіг. 3 - той же контур (позиція 1) разом з нанесеними на нього точками (позиція 2). На фіг. 4 зображено з'єднання двох пар нанесених на виділений контур проекції зерна точок (точки 1, 2 та 2, 3) відрізками прямої лінії 12 (з'єднує точки 1 і 2) та 23 (з'єднує точки 2 і 3). Тут же приведена схема прямолінійного продовження відрізків 12 та 23 до перетину з віссю X; а також кути, утворені цим прямолінійним продовженням відрізків 12 та 23 з додатнім напрямком осі X (кути α12 і α12 відповідно). Через Δφ на фіг. 4 позначена різниця кутів 23 і 12 (Δφ=23-12), через ф позначений кут загострення ріжучої кромки у точці 2. ПРИКЛАДИ реалізації запропонованого способу визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків. Проводилось тестове визначення кутів загострення ріжучих кромок шліфро-порошка синтетичного алмазу АС463/50 різними способами, а саме: 1) способом, що заявляється; 2) способом, який передбачає ручне вимірювання кутів загострення ріжучих кромок і прийнятий за прототип. Відбір проби порошку здійснювали після ретельного перемішування згідно з вимогами стандарту на вказаний абразивний надтвердий шліфпорошок (стандарт ДСТУ 3292 "Порошки алмазні синтетичні. Загальні технічні умови", введ. 01.01.96, Київ, Держстандарт України, 1995). На приладі Dialnspect. OSM фірми VOLLSTADT DIMANT GmbH (Німеччина) проводили мікроскопічний аналіз шліфпорошку. За допомогою цього ж приладу здійснювали виділення контура проекції зерна, нанесення на нього точок і встановлення їх х, у координат в двовимірній Декартові системі (в спеціальній термінології ці процедури об'єднуються однією назвою оцифрування). Після завершення на приладі Dialnspect. OSM опрацювання проби зерен в кількості до 1999 штук, результати оцифрування вказаної кількості зерен (х, у - координати 2 UA 103358 C2 5 10 нанесених на кожному зерні точок) отримували в окремому файлі формату CHN. Кількість точок оцифровки на кожному окремому зерні вибирали в залежності від його крупності (із розрахунку одна точка на 4 мкм довжини контуру проекції). Згідно зі способом, що пропонується, далі кожну пару нанесених на контур проекції точок з'єднували між собою відрізком прямої лінії і вимірювали кут, утворений прямолінійним продовженням (до перетину з віссю X) цього відрізка і додатнім напрямком осі X. Кут загострення ріжучої кромки в кожній із нанесених на контур проекції зерна точці знаходили як різницю кутів, які утворюють з додатнім напрямком осі X продовження (до перетину з віссю X) двох прямих ліній, які виходять з нанесеної точки і які з'єднують її з наступною за нею та попередньою до неї нанесеними на контур проекції точками. Величину кожного із кутів загострення визначали за аналітичними залежностями: φ=|Δφ|, φ=180°-|Δφ|, φ=180°+|Δφ|, φ=360°-|Δφ|, 15 20 25 30 35 40 (1) де |Δφ| - абсолютна величина (модуль) різниці кутів, утворених продовження (до перетину з віссю X) двох прямих ліній, які виходять з нанесеної точки і які з'єднують її з наступною за нею та попередньою до неї нанесеними на контур проекції точками з додатнім напрямком осі X. Вибір потрібної аналітичної залежності із (1) для визначення кута перетину вибирають, виходячи із розташування взаємного та відносно початку координат трьох суміжних точок контуру, а також їх місця знаходження у координатній площині. Наприклад, для зображеної на фіг. 4 ріжучої кромки під номером 2 - це друга залежність в (1), тобто φ=180°-|Δφ|. Всі зазначені процедури були автоматизовані шляхом використання розробленої нами комп'ютерної програми на алгоритмічній мові FORTRAN 90. Час, потрачений на визначення середнього значення кута загострення ріжучих кромок порошків способом, згідно запропонованого винаходу, за результатами опрацювання 1999 зерен склав 15 хвилин. Отримане середнє значення кута загострення було рівним 104°, а кількості ріжучих кромок - 19 штук. Вся робота виконувалась в автоматизованому режимі. Проводилось також визначення кутів загострення ріжучих кромок відомим способом з ручним наведенням контура проекції і ручним заміром кутів за допомогою кутових шаблонів. Було опрацьовано 50 зерен. На це було потрачено 3 години. Середнє значення кута загострення за вимірами 5-8 найбільших виступів виявилось рівним 95°, а кількості ріжучих кромок - 7 штук. Порівняльний аналіз показує, для отримання кінцевого результату способом, що заявляється, було потрачено часу в 12 разів менше, ніж це потрібно було б за прототипом. Якщо порівняти питомі показники затрати часу, то вони ще більш істотні. Так, на опрацювання одного зерна способом, що заявляється, було потрачено часу в 360 разів менше, ніж це потрібно було б за прототипом. При цьому додатково були отримані дані по інших геометричних формах на контурі проекції - заглибини і прямолінійні ділянки. Вони, як і виступи, які інтерпретуються як ріжучі кромки, є важливими ознаками якості порошків, показниками їх експлуатаційних властивостей. Зауважимо також, що отримані результати більш вірогідні, оскільки середнє значення врахованих ріжучих кромок майже в три рази більше. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Спосіб визначення кутів загострення ріжучих кромок зерен абразивних порошків, що передбачає отримання проекції кожного зерна із певної їх кількості і виділення контуру проекції, який відрізняється тим, що на контур проекції наносять певну кількість точок в двовимірній Декартовій системі координат, початок якої поміщують в центр маси проекції зерна, і встановлюють значення х, у-координат нанесених на контур проекції точок, потім кожну пару сусідніх точок з'єднують відрізком прямої лінії і вимірюють кут, утворений прямолінійним продовженням цього відрізка і додатнім напрямком осі X, а кут загострення ріжучої кромки в кожній із нанесених на контур проекції зерна точці знаходять за різницею кутів, які утворюють з додатнім напрямком осі X продовження двох прямих ліній, що виходять з нанесеної точки і які з’єднують її з наступною за нею та попередньою до неї нанесеними на контур проекції точками. 3 UA 103358 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4