СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ ВО ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЯХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2009 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и диагностики и может быть использовано при контроле посторонних предметов - твердых частиц во внутренних полостях изделий.

Ко многим изделиям машиностроительного производства (в авиакосмической технике, например) предъявляются повышенные требования к чистоте внутренних полостей. Не допускается наличие в полости посторонних предметов - твердых частиц, которые могут остаться после сборки изделия: стружка, частицы металла, образующиеся при сварке, гайки, пломбы и т.п

Задача обеспечения чистоты внутренних полостей изделий решается установлением жестких технологических требований к сборочным операциям, оптическими методами осмотра полостей с помощью эндоскопов, рентгеновским методом, акустическим методом. Однако применительно к контролю посторонних предметов во внутренних полостях крупногабаритных изделий, особенно к тем из них, в которых не имеется доступа во внутренние полости, возможности известных методов существенно ограничены.

Так, например, известен способ контроля (обнаружения) посторонних предметов - твердых частиц во внутренних полостях изделия (см. патент США, №4184372, НКИ 73-572, 1980 г.), заключающийся в механическом воздействии на изделие встряхиванием, для чего изделие устанавливают на вибратор (встряхиватель). При встряхивании частица, находящаяся во внутренней полости изделия, перемещается и ударяется о внутреннюю сторону стенки полости. Возникающий при соударении акустический сигнал принимают на внешней поверхности изделия преобразователем, установленном на вибраторе и контактирующим с внешней стороной стенки изделия. Малогабаритное изделие, для контроля в его полости посторонних предметов, устанавливают непосредственно на преобразователь. Сигнал с преобразователя усиливают и регистрируют индикаторами (звуковыми и визуальными). Сигнал с преобразователя передают на обработку и регистрацию по кабельной линии.

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что его невозможно использовать для контроля посторонних предметов - твердых частиц в крупногабаритных, тяжеловесных изделиях, поскольку на преобразователе может быть установлено только малогабаритное легкое изделие, например, типа реле. При осуществлении известного способа невозможна эффективная селекция (выделение) одним преобразователем полезного сигнала постороннего предмета от сигналов, источниками которых могут быть места креплении изделия к вибратору, а также подвижные элементы изделия (элементы клапанов, установленных на изделии, пломбы и др.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является акустический способ контроля посторонних предметов - твердых частиц во внутренних полостях изделий (К.В.Хилков, Н.К.Цветкова. «Способ контроля посторонних предметов - твердых частиц с применением акустических приборов». Научно-технический сборник. Технология. Технология машиностроения. Вып.7. Современные методы и средства неразрушающего контроля качества материалов и соединений. 4.1. Методы и средства контроля металлов и их соединений. ГОНТИ-2.1989), согласно которому механически воздействуют на изделие (активируют частицу) путем вращения (кантования) изделия вокруг заданной оси. Принимают на внешней поверхности изделия акустические (ультразвуковые) сигналы одним преобразователем (например, пьезоэлектрическим) и преобразуют их в электрические. Сигналы с преобразователя передают на обработку и регистрацию по каналу связи, представляющему собой кабельную линию, для чего вращающее устройство (кантователь) снабжают катушкой-кабелеприемником. Сигналы обрабатывают по параметрам (амплитудным, спектральным, и др.), по параметрам сигналов определяют факт наличия твердой частицы (постороннего предмета) во внутренней полости изделия и оценивают ее весовые характеристики. При вращении изделия частица под воздействием силы тяжести перемещается по внутренней стенке полости. Ее скольжение по стенке, соударение со стенкой сопровождается генерацией акустических сигналов, распространяющихся в виде ультразвуковых волн в стенке и возбуждающих преобразователь.

В результате анализа данного способа необходимо отметить, что его характерной особенностью является узкая область использования и малая достоверность контроля. Это, как и в решении, раскрытом выше, обусловлено ограничением использования способа на малогабаритных изделиях (контроль одним преобразователем), недостаточной помехозащищенностью (нельзя отличить полезные сигналы перемещающейся частицы от возможных акустических сигналов помех). Повысить достоверность контроля в данном способе не удается и за счет установки дополнительных преобразователей, поскольку возрастает количество кабельных линий, по которым передают сигнал с преобразователей, при этом реализация такой схемы передачи сигналов с вращающегося изделия крайне затруднена.

Задачей настоящего изобретения является расширение области применения способа за счет обеспечения контроля наличия посторонних частиц в крупногабаритных изделиях, а также увеличение достоверности контроля.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе контроля посторонних предметов во внутренних полостях изделий, заключающемся в том, что изделие вращают вокруг оси, в процессе вращения принимают на внешней поверхности изделия акустические сигналы, преобразуют их в электрические, сигналы или их параметры передают по каналам связи на обработку и регистрацию для определения по этим сигналам наличия или отсутствия постороннего предмета во внутренней полости изделия, новым является то, что сигналы принимают в нескольких точках поверхности изделия, принятые сигналы передают на обработку и регистрацию по радиоканалам, определяют координаты источников акустических сигналов, определяют текущий угол поворота, факт обнаружения постороннего предмета при вращении устанавливают по координатам источника сигналов и углу поворота, соответствующему моменту возникновения сигналов.

Расположение преобразователей (их координаты) на поверхности изделия выбирают исходя из зонного или триангуляционного методов определения координат источников акустических сигналов. Например, триангуляционный метод (координаты определяют по разности времен прихода сигнала на группу преобразователей) позволяет контролировать тремя преобразователями площадь поверхности изделия 4 м² и более. Данный метод является известным и не требует дополнительных пояснений.

Блок обработки и регистрации многоканальной акустической системы располагают вне кантователя; радиопередатчики могут быть встроены в корпуса преобразователей или могут представлять собой отдельные блоки, установленные на кантователе или изделии.

При реализации заявленного способа достигается расширение области применения, поскольку появляется возможность контроля посторонних предметов в крупногабаритных изделиях; повышается достоверность контроля за счет исключения мешающих сигналов из мест контакта изделия с кантователем и от подвижных элементов изделия.

При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «новизна».

Сущность заявленного способа не следует явным образом из решений, известных из уровня техники, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность заявленного способа поясняется графическими материалами, на которых:

на фиг.1 - схема осуществления заявленного способа;

на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.

Изделие (крупногабаритную емкость) 1 устанавливают на подвижные опоры 2 кантователя. Как минимум, одна подвижная опора кантователя связана с механизмом 3 ее вращения (например, электродвигатель с редуктором). Кантователь также имеет неподвижные опоры 4 для установки на базовые опоры (позициями не обозначены). Для установки на подвижные опоры кантователя на наружной поверхности изделия крепят два разъемных кольца 5, причем между внутренней поверхностью колец и изделием устанавливают звукоизолирующие прокладки 6 (например, из войлока). На изделии 1 устанавливают акустические (пьезоэлектрические) преобразователи 7, совмещенные (или соединенные) с блоками предварительной обработки сигналов и приемно-передающими блоками (не показаны). Преобразователи 7 радиоканалами 8 связаны с блоком 9 обработки и регистрации. На кантователе устанавливают датчик 10 угла поворота подвижной опоры 2, который соединен с блоком 9. Внутренняя поверхность изделия 1 (поверхность внутренней полости) может иметь выступ 11, с которого при вращении изделия падают твердые частицы (посторонние предметы) 12.

Для определения в полости изделия наличия посторонних частиц включают привод 3 вращения подвижной опоры 2 кантователя, которая задает вращение емкости 1 вокруг оси (по часовой стрелке, например). При вращении емкости в ее стенке могут возникать акустические сигналы от различных источников: полезные сигналы, которые возникают при перемещении постороннего предмета 12 по внутренней поверхности стенки емкости 1; сигналы помех, связанные с шумами в опорах 2 и 4 кантователя, а также сигналы от подвижных элементов, которые могут быть установлены внутри емкости (например, свободно перемещающиеся элементы клапанов). Акустический сигнал от источника к преобразователю 7 распространяется по стенке емкости. Принятые преобразователями 7 сигналы или их параметры, полученные в блоках предварительной обработки, передают с вращающейся емкости 1 по радиоканалам 8 на дальнейшую обработку и регистрацию в блок 9. Факт обнаружения постороннего предмета при вращении определяют по координатам источника сигналов и углу поворота, соответствующему моменту возникновения сигналов. Например, координаты акустических помех, возникающих от подвижных элементов емкости (элементы клапанов и др.), известны заранее; известен также момент возникновения этих сигналов, соответствующий определенному углу поворота; эти признаки отличают сигналы помех от полезных сигналов, вызванных свободно перемещающимся по внутренней поверхности стенки емкости посторонним предметом. Возможен другой случай: посторонний предмет падает с выступа 12, находящегося на внутренней поверхности емкости; момент его падения также соответствует конкретному (известному заранее) углу поворота изделия. Известна также область поверхности стенки емкости, на которую упадет посторонний предмет. Таким образом, если зарегистрирован источник акустических сигналов в конкретной области и момент его возникновения соответствует известному углу поворота, то совокупность этих признаков определяет факт наличия внутри емкости постороннего предмета. Останавливают вращение емкости. По зарегистрированным параметрам акустических сигналов и углам поворота емкости в момент регистрации сигнала делают заключение о чистоте внутренней полости контролируемой емкости (об отсутствии или наличии посторонних предметов).

Способ будет более понятен из приведенного ниже примера. Контролируемое изделие представляет собой емкость, выполненную из листовой стали с помощью сварки. Диаметр емкости 2000 мм. Длина цилиндрической части 6000 мм. Толщина стенки 4 мм. Внутри емкости не допускается наличия твердых частиц.

Для определения наличия посторонних частиц внутри емкости ее устанавливают на ролики аналогично описанному выше. Кантователь снабжен стандартным датчиком угла поворота. В качестве измерителя акустических сигналов используют акустико-эмиссионную систему А-Line 32 DDMR, обладающую возможностью передавать информацию о принятых акустическими преобразователями системы сигналов по радиоканалам. На внешней поверхности цилиндрической части изделия устанавливают акустические преобразователи в точках, являющихся вершинами прямоугольников со сторонами 1500-2500 мм. Это расстояние выбрано из условия, при котором акустический сигнал, принятый двумя соседними преобразователями, затухает (уменьшается амплитуда сигнала) на небольшую величину - не более 10 дБ. Для принятой схемы расстановки требуется 12 преобразователей.

На поверхности емкости устанавливают также блоки предварительной обработки акустических сигналов и приемопередающие блоки радиоканалов. Крепление блоков может быть осуществлено с использованием магнитов.

Вне кантователя устанавливают блок обработки и регистрации, соединенный (совмещенный) с центральным приемопередающим блоком. В состав блока обработки и регистрации входит ЭВМ, на экране которой в процессе осуществления способа представлена развертка поверхности емкости в горизонтальном положении с указанием точек расположения преобразователей. На развертке имеется горизонтальная линия, которая способна перемещаться по развертке (по высоте экрана) в соответствии с углом поворота емкости кантователем. Данная линия отражает положение нижней образующей при вращении емкости, на которую соскальзывают посторонние предметы. При вращении емкости на экране ЭВМ отслеживают точки (координаты) возникновения источников акустических сигналов. Если источники сигналов возникают в непосредственной близости от горизонтальной перемещающейся линии на развертке емкости, причем только сверху или снизу, в зависимости от направления вращения емкости, то это является признаком наличия в емкости перемещающегося постороннего предмета. Если источник сигналов возникает в местах контакта емкости с вращающимися опорами кантователя, то это является признаком сигналов, не связанных с перемещением постороннего предмета.

Использование: для контроля посторонних предметов во внутренних полостях изделий. Сущность: заключается в том, что изделие вращают вокруг оси, в процессе вращения принимают на внешней поверхности изделия акустические сигналы, преобразуют их в электрические, сигналы или их параметры передают по каналам связи на обработку и регистрацию для определения по этим сигналам наличия или отсутствия постороннего предмета во внутренней полости изделия, при этом сигналы принимают в нескольких точках поверхности изделия, принятые сигналы передают на обработку и регистрацию по радиоканалам, определяют координаты источников акустических сигналов, определяют текущий угол поворота, факт обнаружения постороннего предмета при вращении устанавливают по координатам источника сигналов и углу поворота, соответствующему моменту возникновения сигналов. Технический результат: увеличение достоверности контроля, а также обеспечение контроля наличия посторонних частиц в крупногабаритных изделиях. 2 ил.

Способ контроля посторонних предметов во внутренних полостях изделий, заключающийся в том, что изделие вращают вокруг оси, в процессе вращения принимают на внешней поверхности изделия акустические сигналы, преобразуют их в электрические, сигналы или их параметры передают по каналам связи на обработку и регистрацию для определения по этим сигналам наличия или отсутствия постороннего предмета во внутренней полости изделия, отличающийся тем, что сигналы принимают в нескольких точках поверхности изделия, принятые сигналы передают на обработку и регистрацию по радиоканалам, определяют координаты источников акустических сигналов, определяют текущий угол поворота, факт обнаружения постороннего предмета при вращении устанавливают по координатам источника сигналов и углу поворота, соответствующему моменту возникновения сигналов.