Вопросы построения струйно-капельных оптических измерительных систем: принцип и режимы работы, возможности и основные характеристики Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 681.787.7:681.786.5

DOI: 10.25206/1813-8225-2018-162-189-195

Е. в. лЕУн

АО «НПО Лавочкина», Московская область, г. Химки

вопросы построения струйно-капельных оптических измерительных систем:

ПРИНЦИП и РЕЖИМЫ РАБОТЫ,

возможности и основные характеристики

Статья посвящена оптическим измерительным системам, использующим в качестве оптических элементов три типа гидропотоков: немодулированной струи и двух частей модулированной струи в режиме вынужденного капиллярного распада: нераспавшейся части струи и капельного потока. Проведена классификация струйно-капельных оптических измерительных систем (СКОИС), представлены схемы для измерения смещений изделия и неровности его поверхности, реализующие гидроструйный интерференционный способ измерения линейных размеров изделий и т.н. капельный микроскоп. Рассмотрены вопросы передачи света и управления параметрами гидропотоков.

Ключевые слова: струйно-капельный поток, распад струи, размер изделия, неровность поверхности, оптические измерения, интерферометр, микроскоп.

Введение. В современное время в ракетно-космических отраслях, станко-, машино- и приборостроении активно используются оптические свойства жидкостей за счет активного развития направлений, связанных с совместным использованием жидких сред и оптических потоков [1, 2], созданием в результате вынужденного капиллярного распада (ВКР) струи монодисперсных когерентных капельных потоков для холодильников-излучателей космических аппаратов [3, 4], струйно-капельны-ми технологиями: струйной печатью и крашения волокон [5, 6], исследованием особенностей удара капли о преграду [7, 8], изучением поведения капли или капельного потока в электрическом и магнитном полях [9].

После появления в 2015 году струйного способа измерения линейных размеров изделий [10] и других работ [11 — 14] начинает проявляться новое направление, связанное со струйно-капель-ными оптическими измерительными системами (СКОИС), в которых струя, капля и/или капельный поток применяются как управляемые оптические элементы. Использование для гидропотоков сма-зочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) позволяет таким СКОИС удачно встраиваться в металлорежущие станки для активного контроля размеров, неровностей поверхности и температуры изделий, занимая промежуточное положение между контактными и бесконтактными, в частности, оптическими средствами измерений.

В печати подобные СКОИС не описаны и данная статья, стремясь восполнить этот недостаток, начинает серию авторских публикаций на эту тему.

1. Классификация СКоИС. Конструкции СКОИС можно классифицировать в зависимости от следующих параметров:

— от модуляции струи для ВКР: немодулирован-ная или модулированная струи, последняя из которых включает нераспавшуюся часть струи и капельный поток;

— от угла подачи а потока к поверхности изделия: с фронтальным (а = 90 °) или угловым (а<90 °) потоками;

— от прямолинейности гидропотока: прямо-или криволинейный гидропотоки;

— от наличия или отсутствия гидроконтакта с поверхностью: без гидроконтакта и с гидроконтактом;

— от измеряемого параметра: смещения изделия и/или неровности его поверхности;

— от количества используемых сопел: одно-, двух-, трех-, .... многосопловые.

2. Состав, принцип и режимы работы СКоИС. Принцип действия СКОИС основан на формировании направленного на изделие одного гидропотока, создаваемого под давлением Рж в емкости 2, заполненной жидкостью 3, с соплом 4 диаметром и используемого для передачи оптического сигнала 5.

Гидропоток в виде цельной немодулированной струи диаметром йстр, подаваемый фронтально (рис. 1а) и или под углом (рис. 1б) к поверхности и обтекающий ее, является частью оптического измерительного канала измерителя 6, представляющего волоконный лазерный низкокогерентный интерферометр. Контроль смещений изделия 1 от его движений или съема материала при обработке осуществляется за счет отражения оптического потока его поверхностью.

Используя уравнения Бернулли, пренебрегая потерями энергии при вытекании жидкости из емкости 1 через сопло 4 и действием силы земного притяжения для малой длины струи, выражение для

а)

б)

в)

д)

е)

Рис. 1. Схемы СКоИС: с фронтальной (а) и угловой (б) подачами струй.на основе капельного потока (в), нераспавшейся части струи (г), с криволинейными капельными поиоками без гидроконтакта (д) и с гидроконтактом (е) с поверхностьй изделия

скорости жидкости Устр, зависящее от избыточного давление Рж в емкости 1 и плотности жидкости

[НЫЖ

р, принимает вид ьйир =-, гдь р — плотность

^стР, определяемая выражением

I2 ь2

йир йир

4

1П

Уш

а,03^е0'51п

сир

1г

(1)

— длина бшьущих поструе волн Л

Л„

пИ„

2к

2 а

2,2И„

жидаости. Давление струи на поверхность изделия

ПРИ„

ираметр рормсфуемых пспель с]

нс должно превышать 3 Н, как для приборов активного контроля. И тогда можно записать [11] а,95

Ь = - .

Си" Исирл/р

При подаче моногармонического сигнала с частотой f системой управления 7 наизлучатель 8

мод ч 1 ч

в направленном на движущееся изделие 1 гидро-потокевозникает режим ВКРструи с появлением нераспавшейся ее части и монодисперсного коге-рентногокапельного потока. Размеры капель могут быть до и 1000 мкм, их сферичностьи однородность по размеру не хуже 0,5 % и 0,1 % соответственно [3].

Нераспавшаяся часть струи, длина которой определяется моментом достижения амплитудой возмущения значения, равного радиусу струи гстр, имеет периодический ряд бегущих волн с длиной Лстр, возрастающих утолщений и уменьшающихся перешейков соответственно. Каждое утолщение к концу струи 2ырастает до отрывающейся капли диаметрьм й , выполняющей функцию микрообъектива для схемы та рис. 1в.

Режим ВКР зависит от многих факторов, в частности, скорости исиичиния V , частоты генератора

1 стр 1 1

/ (с возможным наличием резонансных частот),

мод у ^ '

амплитудой колебаний, вязкости п идр. И формулы для расчета значен5й I , Л , V и й имеют вид

^ ^ нчс стр кап кап

[3, 4]:

— длина нер ас павшейсячасти струи ¡нчс

И = а,а45И (2п/к )0Д

кап ' сир \ / ш /

2И

— скорость отрывапщихся капель V

а -

2а

Р'Пи

(2)

(3

(4)

где Ше =

Рес

чирло Вебера, а — пов ерхност-

ное натрже ниежидаости; ут — максиеальное значение инкре=еата неустойчнвости; р — плотность жидкости; рт — наасинаньное значенае безрьзмен-ного волин=ого числа.

Согласно теории Рэ^^я, минкмальную длину ¡нчс не более оеск=лькиа мшлеим—тров струя имеет при максимальном значнкии инкремент— неустойчивости у , котьрого он достигает1 прл рокновом числе кт = 0^697 [4].

Отдельная подлетающая (рис. 1е)карля и—о в сочетании с на нее упавш ей и ]з<асте крющ ейся(рис. 1д) каплей в определенные дискретные моменты времени выпрлннют для поверхности изделия 1 роль микрообъоктива. Тогдапри синхронизации работы регистратора 9 стаким микрообъективом по этим моментам ваомени при ваыешнем импульсном освещении можно осуществить ф—торегистрацию по-добностробоскопу н измереиие шага и высоты неровности поверхности изделия 1, реализуя работу СКОИС в режиме И4шнрьсньгп капельного микроскопа наблюдения в методе ссетоаиоо/ттневого сечения.

Введение в обл4сти отрыва кеп—г оы модулированной стр)= ла(ыследоыателаыо рагпоео—аоных заря-

г)

2

Р •псип Ь

п

о

жающего10 и отклоняющего 11 устройотв (рис. 1д), позволяет соответственно пртдоиать движущейся капле в ее автономном полете электрический поверхностный заряд ие, а тетом, упсарляя систумой управления 7 уровнем сигнала и , задавать вектор ее движения. Для подобной работы многоэле-ментног о отклоняю щего °стройства 11 появляетсю возможность создать коивогииейную траекторию движения капельного потока с ободом преграды.

Отрыв ка пли от струи приводит к колебаниям ее формы, а чтстота шр в зависимости от получе иного заряда д [3] для невязкой жидкости имеет вид:

г

1 Оо

з Р(Р - 3)

роС

(Р + О)о -

яО

36о °е0 03

когерентного интерферометра [\Р, с8], основана на применгоии изл^ателя с гауссовой спектральной

илотностью мощности е(га) г

3

ОП (Да

-кир

(р - ро )

О (Да )О

где ш0 и Юш — че^тразьная длина волны ]и ш О) ринг спектра изоучаОеля соответственно. При этом формула для инренсивности онтерфе -оптическвх потоков имеет вид

' ([в - ¡о)

е (-ь) м Iо кир| -

О ¡О

НОС[Т([ов -[иН] . О

(5)

где 80 — проницаемость вакуума, р — номер гармоники. Упр )влением знкизнием это го заряда д -о ж-но собственною чaьаоту др уюньшать до нуля.

3. Передача света гидропотоками для осуществления измерений. Ддя измерений смещений ит-делия и н)мовнксзез его поверхности вауно понимать особенности передати света формируемыми гидропотоками, которые обсуждаются далее в данном раздзлО.

3.1. Особенности передачи света при измерении смещений поверхности изделия. Исследовонмя гидродиннммки стррО! показ ывают, что при фронтальном поливе цельной немодулированной струей изделия 1 (рис. 2а) возле преграды всегда воннп кт-ют облисти тучения а II и 31 (рис. 2б): областт ово-бодной затопленной струи, ирадиентного течения в зоне разворота струи, а также пристенной струи [15, 16]. Прм ярохожденим высотокогерентного излучения через область II градие-тного течения существенно уменьшается его длина когерентности, что не позволяет испольновать лазерные высококогерентные иитзрферометры для подобных задач, обусловливая применение в качестве измерителя 6 в одном из вариантов волоконных низкокогерентных интерферометров с циклическим режимом измерений. Такие устройства, имея обычно небольшой диапазон измерений «10 мм, могут работать с турбулентной гидроструей и/или шероховатой поверхностью изделия, определяя ее текущее положение с погрешностью измерений не хуже «0,5—1 мкм.

Так, работа измерителя 6 (рис. 1а, г), реализованного с участием подобного волоконного низко-

раз)ость д^и!^ плеч опо-мтгo ксзе-а, созданноно в измерителе 6, 1с — длина гидроструи, напрзвлен-н(Н ма повзр-ноотз изденоя 3, 1°оз — длинО когерентно ст- излучателя, 3 — Осс]X, оде X — цент]оаль-ная длина волны излугателя.

Определение положения максимума аналогично измерениям «по огибающей» сигнала, описы-

н н - . )л

ваемому выражезием А(н) = ИС0 кир -°в!—^нП-

3 ОИооз „

к зоответсзвухт измерениям «по фазе» интерфе-ренд ионного сигнала и ц ифрового выходного кода И(Да. ), созданного с учетом двойного хода луча: И(Дан) = О3иниД[х/X , где кинт — коэффициент интерполяции периодаинтерференционнойкартины.

Таким образом, измеритель 6 может работать в двух режимах: «по огибающей»—«быстрые, но грубые» измерения, «по фазе» — «медленные» со временемизмерениядля одногоканала нехуже 100 мс [17],но «точные» измерения.

3.2. Особенности передачи света при измерении неровностей поверхности изделия. Этот режим измерений основан на осуществлении метода светового/теневого сечения, в котором поверхность изделия освещается под углом 45 0 узким световым потоком, линией или светотеневой границей (в дальнейшем — светотеневая линия), формируемым внешним освещением с передачей его для регистрации и измерения.

При этом микроскопом наблюдения является капельный микроскоп, использующий каплю (и) в качестве оптических элементов микрообъектива. Его характеристики зависят от передачи света для разных положений в пространстве капель и поверхности в следующих случаях: 1) капли, подлетающей к поверхности, 2) последней капли нераспав-шейся струи, касающейся поверхности, 3) упавшей и растекающейся капли, 4) сочетания подлетающей

а)

б)

в)

г)

Рис. 2. Гидропотоки СКОИС: немодулированная струя, направленная фронтально на изделие и растекающаяся по поверхности(а) и ее структура (б); модулированные струи, включающие нераспавшуюся часть струи с капельным потоком (в) и без него (г)

оптический поток к регистратору 9

1,53 л

1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60

а)

б)

в)

г)

Рис. 3. оптические схемы в процессеизмерения неровности поверхности изделия: при боковом освещении и совпадении фокуса капли с уровнем поверхности изделия (а), график зависимости положения центра капли от показателя преломления п жидкостей (б), ход оптических потоков при вертикальной регистрации (в) и для растекающейся капли (г)

и упавшей ранее —апель. Эти особенности рассмотрели далее.

3.2.1. Передач— свет а каплей, подлетающе й к поверхннсти изделик. Этот случай соответствует моменту в—емени, когда фокус подлетающей к из-лосию шаро влдной капли лежит на уро а н= поеев—-ность. Тогда пар аксиальная об—а сть капли, образуя части поветхнлсти фокусирующей линзы, передает еев—рааыение свеьотарево — линии для р—тистрации и ттмертния. Для этого момента важно знать зазор между центром капли и поверхностью ¡кап в зол висимости от показаселя преломления л, стнемясь огфодениле, будет ли она подлетать к поверхности, начнет касаться ее или уже начнет растекаться.

В с оо тве тств ии с оптической схемой (р и с. нд) л с дчетом ■45 °-гн угна падения, формулы для фокуса капли _Рш получим выражение для зазора

■■Рт„ ьо:45°= 0,35Плаы ' П

(е — а)

и, соответственно,

ностью измерения только лишь шага неровностей поверхности изделия. Это вызвано возникновением многочисленных переотражений в растекшейся капле при боковом освещении со сформированной светотеневой линией, практически исключающей возможность четкой регистрации ее изображения.

Процесс растекания капли жидкости, упавшей на поверхность изделия, зависит от скорости падения, которую можно условно разбить на три диапазона: низко-, средне- и высокоскоростной удар.

При низкоскоростном ударе кинетическая энергия меньше сил поверхностного натяжения и превалируют капиллярные процессы взаимодействия с поверхностью изделия [7] с возможностью появления колебаний формы. Формула для скорости движения V линии трехфазного контакта жидкость —воздух —поверхность имеет вид

1 1

- [1 - ехр(-аР)]"2 • аЫ"-1 ехр(- ае) ,

где

, л 1лап 0,05п относительного (удельного) зазора -лаы = --- .

Плаы (П — а)

Дло пол.енногл выражения построен график (рис. 3б), согласно к орому для водной капли (л =1,33) поверхность изделия находится в ее фо-

огее при ^лаы « а,5, для жидкости с л = 1,53 (гвоз-

Пкаы

дичное или кедровое масла) этот момент соответствует касанию капли поверхности изделия, а при л>1,53 — процессу растекания.

3.2.2. Передача света последней формирующейся каплей нераспавшейся струей при касании поверхности изделия. Достоинство данного случая заключается в существенно большей универсальности за счет измерений как смещений изделия, так и неровности его поверхности. В момент касания поверхности длина нераспавшейся струи ¡нчс равна (рис. 2г) расстоянию до поверхности изделия с расположением на ней фокуса последней формирующейся на струе капли. Форма ее близка к шару, а искажения при передаче изображения, вызванные ее несферичностью, могут быть скомпенсированы последующей программной обработкой.

Как следует из п. 3.2.1, описанный случай соответствует использованию жидкости с л и 1,53, т.к. в ином случае между каплей и поверхностью изделия будет зазор, препятствующий реализации гидроструйного интерферометрического способа измерению смещений изделия [11].

3.2.3. Особенности передачи света каплей, растекающейся по поверхности изделия. Передача света в этом случае предназначена только для вертикальных освещения и регистрации с возмож-

и Ь — безразмерные коэффициенты. На рис. 4 а-л приведены фотографии, демонстрирующие характер растекания и установления равновесных форм капель воды и трансформаторного масла, упавших со скоростью vшп=11•10-2 м/с на угольную поверхность [7].

Как следует из [8], со значений и30—100 м/св ударяющейся капле начинают проявляться ударные волны и волны разрежения, кумулятивная струя, образовываться и схлопываться кавитацион-ные пузыри (рис. 4 м-р). Это неизбежно приведет к снижению качества передаваемого изображения поверхности изделия. И для исключения этих нелинейных оптических явлений с учетом небольшого запаса можно принять максимальное значение скорости удара капли равным vмах и 15 м/с.

Переходом от низко- к среднескоростному удару с повышением быстродействия можно считать начало превалирования кинетической энергии капли над капиллярными процессами взаимодействия с поверхностью изделия. При этомна выдавливание нижней части капли (рис. 4 с-ф), равной Лс = гкап/3, до образования ею полуэллипсоида уходит время

г

[14]. В этом есть общее с резуль-

^ _ ^кап _ гкап

кап г,

с 3с

татами экспериментов с каплей вязкой жидкости диаметром 3,6 мм, падающей со скоростью 0,77 м/с со временем I и 0,7 мс [19]. Таким образом, скорость падающей капли, соответствующей средне-скоростномуудару с минимальным временем растекания и передачей изображений без искажений, вызванных от паразитных кавитационных эффектов, находится в диапазоне от и0,75 до и15 м/с.

и

а)

б)

в)

д)

ж)

и)

к)

л)

м)

н)

о)

п)

р)

с)

т)

у)

ф)

Рис. 4. Форма капель жидкости после удара с преградой: (а—е) — удар капли диаметром 3 мм дистиллированной воды со скоростью 0,11 м/с с текущим временем: 0 мс, 2 мс, 4 мс, 6 мс, 20 мс, 26 мс; (ж—л) — удар капли диаметром 1,83 мм трансформаторного масла со скоростью 0,11 м/с с текущим временем: 1,25 мс, 2,5 мс, 3,75 мс; (м—р) — удар капли воды диаметром 10 мм со скоростью 110 м/с; (с—ф) — схема формирования полуэллипсоида из шаровидной летящей капли

к-

ф I»-*» » •

а) б) в)

Рис. 5. Фото движения капель при их слиянии (пакетировании): по две (а), по три (б), 12 капель в одну большую (в)

3.2.4. Особенности передачи света при синхронизации подлетающей капли и капли, упавшей ранее и растекающейся по поверхности изделия. Данная комбинация предполагает синхронизацию пространственного положения летящей и упавшей ранее капли. Особенности передачи света для этого случая в основном определяются особенностями передачи света капли, растекающейся по поверхности, представленными выше.

4. Управление параметрами гидропотоков. Широкие возможности СКОИС могут быть реализованы за счет управления такими параметрами гидропотоков, как длина нераспавшейся струи ¡нчс, диаметр струи d , диаметр капли d , отклонение струи

1 J стр' ^ 1 кап' 1 J

и траектории движения капель, рассмотренных далее.

4.1. Управление длиной нераспавшейся струи l . Согласно выражению (1), управление этим параметром может быть осуществлено, например, за счет изменений частоты модуляции fuog, скорости струи Устр и др.

4.2. Управление диаметром струи и размерами капель. Изменения диаметра струи dcmp в СКОИС могут быть востребованы для изменений её давления на поверхность изделия или при изменении размеров гидроконтакта. При осуществлении этого для цельной немодулированной турбулентной струи может использоваться регулируемая форсунка [20].

Потребность регулировки разрешения капельного микроскопа за счет изменения фокусного расстояния F капель обусловливает необходимость регулировки диаметра капель и поиска решений, позволяющих обойти зависимость диаметра капли от диаметра струи в результате ее ВКР согласно выражению (2) d « 2d . Одним из таких

кап стр

альтернативных способов может быть введение модуляционных эффектов ВКР струй, приводящих

к слиянию (пакетированию) в одну каплю из одного или нескольких капельных потоков, например, из двух (рис. 5а), из трех (рис. 5б) и даже из 12 капель (рис. 5в).

4.3. Управление отклонением струи и траекторией движения капель. Как показано в [21], отклонение струй возможно в небольших пределах, не более «1,0 мм, при использовании в СКОИС магнитных жидкостей.

Стремление к увеличению этого значения приводит к срыву устойчивого течения гидропотока с переходом к синусоидальным и даже «хлыстообраз-ным» движениям конца струи.

Более перспективной может быть реализация криволинейной траектории движения капель при их зарядке. И для этого случая произведен расчет минимального радиуса ЯшП, основанный на определении радиуса правильного многоугольника с числом сторон в, каждая из которых фактически соответствует диаметру одинаковых капель Lму=dшп при условии нулевого зазора между ними (рис. 6). Тогда значение Яш.п можно считать средним арифметическим между вписанными и описанными окружностями для многоугольника.

Итак, оптический луч (рис. 6а), смещенный на А1см относительно главной оси шаровидной капли, входит в нее в точке А и, преломляясь на границе воздру — жидкость, следуетк точкеВ, вкоторой выходит из жидкости капли в воздух и вроходит через фокус в точке С.

Фшура АОС10 близка к трапеции, но, немного упрощвя, можно считать её прямоугольным треугольником АСО с двумя катетами [АС], [АО] и гипотенузой [ОС]. И тогда для этих двух последних элементов, определяемыми как |АП| у Нсм

и |ПС| у |ПО| у |ОС| у тшл + Ршп , можно рассчитать

г)

е)

з)

/ V \ (¿'с

Б - о- - 1

Щд

10.2

10,1

10,0

9,9

9,8

9,7

¿-1 9,6

9,5

9,4

V 7 9,3

^ л*

▼

1,35

,1.33, (вода)

п

б)

в)

Рис.6. ход оптического луча через каплю(а),через набор капель (б) и график зависимости удельного (относительного)

радиуса у' отпоказателя преломления п жидкостей

\ЛО\

Т1„,

и дал ее в с ггсепг-

Т1„,

sin Г п \„Л ~ I г, \ и дсллее в с г:сеав ,

РС\ [ГКио д Лкап) (Тч,.

гДс г а Ршп — радиус и фокус каплс.

С учетол тлго, что для пдлаксиалыкой лбоасти

фокус сфердчеркод даплн ол^дтлдется формулой о • п

Лкип Д 2(п- 1) И' П^11НЯВ ЧТО СНсм ~ Гкап/8,

преоОрасулм пефтжтние ля угла в к следующему виду:

Г д ггс еш -

1

У(п ( 1)

п

((п ( 1)

(6)

и лри испольг овании подт (пв = 1,33) попуш м в « 5,7

Число сферических ки^огпеэ^ы^ыь. в , нео бходтыы дш углосого по в о р ота иа Ы60 тоото етствуэт чжлу сторон равнестнроннтчо многоугоденука] оп]эеде-ляемого формулой в = 360 0/в. Истомое тначение ЯшП можно ртссуитать кж среднее арифметичсское радиусов впесабно й и описупной Ях окружностей для этого мдогоугольника с деенами стырон

у у

1с— Моу у ——-— , слагаемые которого определяют-

ся как: У„„ —

I,

У 'Ш

дее°

и м„

I.

тнн

. Как видно,

н н

ЯшПп завиуит отТ , и поэтому для удобства введем

понятие уделыюго (относительного) радиуса, определяемого как отношенее Я к -лине стороны

у

1 _ у' д утс

ст уд у ,

-т

тригонометрических форчул витоге примет вид:

выражедие для которого с учетом

уЮд

1

1

Ч ет

°ее°

чнд

°ее°

Ч ет -

2

чню

1 д <со ю°

11 ет

1

сУп = 1стн ГН Г ч нч

(7)

Ионоуьзуя ее вместе с выражением (11 на рис. 6а построен график зависимоути у'уг от показателей преломления жидкостей в диапазоне от 1,3 до 1,6, являющи йоя частью гиперболы. Так, для воды (п=1,33) значеуие У м 1Т , и это значит, что при диаметре капель 1 мм минимальный радиус поворота траектории движения капель составит «10 мм.

Заключение.

1. При измерении смещений поверхности изделий применению одномодового режима передачи

света ламинарной струей совместно с высококогерентным интерферометроо препятствует появление области градиентного течения и разворота струи, возникающей вОлиои поверхности обливаемого изделия.

Достижение этой цели возможно при использовании низкокгге°внтныд хетерферометров с циклическим режимом измерений.

2. Использование немудулированной струи позволяет измерять смещтния изделия, модулированной струи в режиме ВКР, содержащей капельный поток, — неровности поверхности изделия, а применение нераспавшейся чтити струи обладает большей универсальностею, позволяя измерять оба параметра.

3. Функциональные возможности СКОИС позволяют управлотс диаметрами струи и капли й , длины нераспавш ейся струи 1 , отклонением

кап г-г ± 1-4 нчс

струи и траекторией движения капель.

Использование капельного потока при заряжании и электрическом управлении позволяет сформировать криволинейную траекторию движения капель с соответствующей траекторией передачи света с обходом препятствия.

Для СКОИС изменение фокусного етистояния ^Кап возможно за счет изменения диаметров формирующихся капель йшп при слиянии (пакетировании) одной или нескольких капель в осдyoеного или нескольких капедьных подоков.

4. Шаг и высчта нерочностей поверхности могут бытьизмерены при у еализау ии метода светового/ теневого сечения, в котором линзой микроскопа наблюдения является надаю щтя капля. При использовании воды зона контроля попадает в фокус капли

при условии -сио м 1,0, где 1 и г — расстояние

кап кап

коп

до поверхности от центра капли и радиус капли соответственно.

5. Применение растекшейся по поверхности изделия капли для метода светового/теневого сечения осложняется возможными многократными переотражениями оптических потоков, проходящих через нее.

6. Скорость падающей капли соответствующей среднескоростному удару с минимальным временем растекания и передачей изображений без искажений, вызванными паразитными кавитацион-ными эффектами, должна находиться в диапазоне от « 0,75 до « 15 м/с.

Библиографический список

1. Пат. 2622988 Российская Федерация, МПК А 61 В 1/005. Эндоскоп с изменяемой оптической силой на основе техноло-

1,5

гии жидкой линзы / Гупта А., Шнелл У., Иган У.[и др.]; заявл. 01.12.11; опубл. 21.06.17, Бюл. № 18.

2. Пат. 2149434 Российская Федерация, МПК С02Б26/06, С 02 Б 3/14. Адаптивное оптическое устройство на основе жидкой линзы / Безуглый Б. А., Шепеленок С. В., Тарасов О. А.; заявл. 14.04.98; опубл. 20.05.00, Бюл. № 14.

3. Аметистов Е. В., Дмитриев А. С. Монодисперсные системы и технологии: моногр. М.: МЭИ, 2002. 390 с.

4. Бухаров А. В. Теплофизические проблемы получения стабильных капельных потоков с минимальным разбросом по скорости и размерам капель: дис. ... д-ра техн. наук. М., 2016. 390 с.

5. Безруков В. И. Научно-технические основы и аппаратное обеспечение автоматизированной электрокаплеструйной маркировки изделий: дис. ... д-ра техн. наук. СПб., 2003. 563 с.

6. Левченко Ю. А. Управляемый метод электрокапле-струйного нанесения технологических жидкостей на химические нити: дис. ... канд. техн. наук. СПб., 1999. 194 с.

7. Архипов В. А., Палеев Д. Ю., Патраков Ю. Ф. [и др.]. Определение краевого угла смачивания угольной поверхности // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2011. № 5. С. 23-28.

8. Чижов А. В., Шмидт А. А. Высокоскоростной удар капли о преграду // Журнал технической физики. 2000. Т. 70, вып. 12. С. 18-27.

9. Шутов А. А. Форма капли в постоянном электрическом поле // Журнал технической физики. 2002. Т. 72, вып. 12. С. 15-22.

10. Пат. 2612349 Российская Федерация, МПК С 01 Б 11/02. Струйный способ контроля линейных размеров изделий / Леун Е. В.; заявл. 23.10.15; опубл. 07.03.17, Бюл. № 7.

11. Леун Е. В. Гидроструйный интерферометрический способ контроля размеров изделий // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. № 4. С. 101-109.

12. Леун Е. В., Сысоев В. К., Шалай В. В., Ломонова Е. Е., Шаханов А. Е., Вятлев П. А. Гидроструйный способ контроля параметров технологических процессов в ракетно-космической технике // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 9 (69). Б0Ы0.18698/2308-6033-2017-9-1675.

13. Леун Е. В. Интеллектуальный токарный резец с приборами активного контроля температуры зоны резания, размеров изделия и параметров формы его поверхности // Омский научный вестник. 2017. № 4 (154). С. 87-93.

14. Леун Е. В. Электрокаплеструйный микроскоп для активного контроля неровностей поверхности изделия // Динамика систем, механизмов и машин. 2018. Т. 6, № 4. С. 39-47.

15. Бильский А. В. Гидродинамическая структура осесим-метричной импактной струи: дис. ... канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2006. 184 с.

16. Пахомов М. А., Терехов В. И. Интенсификация турбулентного теплообмена при взаимодействии туманообраз-ной осесимметричной импактной струи с преградой // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52, № 1. С. 119-131.

17. Волков П. В., Горюнов А. В., Лукьянов А. Ю. [и др.]. Измерение профиля поверхности протяженных асферических объектов // Нанофизика и наноэлектроника: материалы XXI Междунар. симп., 13-16 марта 2017 г. Н. Новгород. 2017. Т. 1. С. 379-380.

18. Иванов В. В. Развитие методов низкокогерентной волоконно-оптической интерферометрии: дис. ... канд. физ.-мат. наук. Н. Новгород, 2005. 154 с.

19. Майков И. Л., Директор Л. Б. Численная модель динамики капли вязкой жидкости // Вычислительные методы и программирование. 2009. Т. 10 (1). С. 148-157.

20. Пат. 26440228 Российская Федерация, МПК Б 23 О 11/10. Регулируемая форсунка / Корнаков Д. С., Сладков В. Ю., Алёшичева Л. И., Дудина Ю. В.; заявл. 16.03.10; опубл. 20.01.12, Бюл. № 2.

21. Диканский Ю. И., Борисенко О. В., Закинян А. Р. Неустойчивость струи магнитной жидкости в перпендикулярном магнитном поле // Фундаментальные исследования. 2013. № 1. С. 375-378.

ЛЕУН Евгений Владимирович, кандидат технических наук, ведущий инженер АО «НПО Лавочкина».

SPIN-код: 6060-8056 AuthorlD (РИНЦ): 367560 AuthorlD (SCOPUS): 57200722184 Адрес для переписки: stankin1999@mail.ru

Для цитирования

Леун Е. В. Вопросы построения струйно-капельных оптических измерительных систем: принцип и режимы работы, возможности и основные характеристики// Омский научный вестник. 2018. № 6 (162). С. 189-195. DOI: 10.25206/1813-82252018-162-189-195.

Статья поступила в редакцию 02.11.2018 г. © Е. В. Леун