УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРНОГО ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК G01N19/00 

Изобретение относится к области лазерной вибродефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных многослойных клееных материалов и может найти применение в лазерных системах по отысканию повреждений в виде трещин, отслоению покрытий, непроклея слоев материала и несплошности изделий при проведении промышленных работ.

Известно устройство лазерно-вибрационной дефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных многослойных клееных материалов, использующее импульсный импедансный способ (RU патент №2078339).

Известное устройство осуществляет неразрушающий контроль и предназначено для обнаружения скрытых дефектов соединений типа трещин, отслоения покрытий, непроклея слоев материала и несплошности изделия, а также в других конструкциях, состоящих из пластиков, металлов или их комбинации, обеспечивая высокую чувствительность к крупногабаритным изделиям и малый расход энергии на возбуждение импедансного преобразователя.

Заявленное устройство основано на том, что в системе совмещения преобразователь-объект периодически возбуждает импульсы вынужденных, незатухающих колебаний и на приемнике преобразователя измеряет параметры колебаний.

По измеренным параметрам амплитуды и фазы в заданных их соотношениях судят о дефектности объекта.

Недостатками известного устройства являются: невозможность контролировать точечно дефекты, сложность идентификации характера дефекта в виде трещин, отслоения покрытий, непроклея слоев материала и несплошности изделий. Каждый отдельный дефект дает свой индивидуальный вклад в принимаемый сигнал. Требуется большая трудоемкость измерений. Существует низкая точность из-за погрешностей преемника преобразователя.

В качестве прототипа выбран лазерно-ультразвуковой дефектоскоп (RU патент №22381496). Его используют для контроля внутренних структур объектов, а также их геометрических параметров и физических характеристик. Лазерно-ультразвуковой дефектоскоп содержит импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру. При этом оптико-акустический преобразователь выполнен в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте. Он содержит пластину оптико-акустического генератора, помещенную между исследуемым объектом и прозрачным цилиндром. На торце цилиндра расположен пьезоприемник, а фаска цилиндра сопряжена через оптическую систему с оптоволокном. В этом случае исключается необходимость пропускания излучения лазера сквозь приемник ультразвука.

Однако данное устройство имеет большое количество элементов, которые накладывают собственную погрешность измерений, а также с помощью данного прибора сложно идентифицировать характер скрытых дефектов соединений типа трещин, отслоения покрытий, непроклея слоев материалов и несплошности изделий. Измерения с использованием данного устройства трудоемки.

Задачами предложенного технического решения являются повышение точности измерений, а также разрешающей способности лазерно-вибрационной дефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных крупногабаритных клееных материалов, снижение трудоемкости процесса измерений.

Поставленные задачи решаются тем, что в устройстве лазерного вибропреобразователя, содержащем корпус с размещенным в нем оптоволокном с объективом, соединенным с преобразователем, который выполнен в виде стержневого подпружиненного бойка, взаимодействующего одним концом с оптоволокном, установленным в корпусе с возможностью качания, а другим - с исследуемым объектом, при этом на подпружиненном бойке жестко закреплена упругая пластина, конец которой жестко связан с корпусом, а стержневой подпружиненный боек имеет паз под выступы ротора, установленного в корпусе, при этом оптоволокно оптически связано с отражающим зеркалом, которое также взаимодействует с чувствительным элементом, электрически связанным с вычислительной машиной, при этом сам корпус связан с динамометром посредством пружины сжатия и с устройством перемещения, взаимодействующие между собой с помощью направляющей, при этом в корпусе установлены шаровые опоры, перемещающиеся по исследуемому объекту обеспечивающие зазор.

На чертеже представлено устройство лазерного вибропреобразователя. Устройство содержит корпус 1 с размещенным в нем оптоволокном 2 с объективом лазерного излучения 3, соединенным с преобразователем, при этом преобразователь выполнен в виде стержневого подпружиненного бойка 4, взаимодействующего одним концом с оптоволокном 2, которое установлено в корпусе 1 с возможностью качания, а другим с исследуемым объектом 5. На стержневом подпружиненном бойке 4 жестко закреплена упругая пластина 6 с помощью узлов крепления 7, конец которой жестко закреплен в корпусе 1. стержневой подпружиненный боек 4 имеет паз 8 под выступы 9 вращающегося ротора 10, которые установлены в корпусе 1. Оптоволокно 2 с объективом лазерного излучения 3 оптически связано с отражающим зеркалом 11, которое в свою очередь взаимодействует с чувствительным элементом 12, выполненным в виде измерительной оптической линейки, электрически связанной с вычислительной машиной (не показано). Корпус 1 лазерного вибропреобразователя связан с динамометром 13 посредством пружины сжатия 14 и с устройством перемещения 15 с помощью направляющей 16, при этом в корпусе выполнены шаровые опоры 17, перемещающиеся по исследуемому объекту 5, обеспечивающие зазор, заданной величины Δ.

Устройство лазерного вибропреобразователя работает следующим образом.

Шаровая опора 17, перемещая корпус по исследуемому объекту 5, обеспечивает начальный зазор Δ/Н=(0,01…0,03). Стержневой подпружиненный боек 4 поднимается на высоту H₀/L=(0,2…0,3), при соударении с поверхностью исследуемого объекта производит отскок в области трещинообразования оболочки на величину H/H₀=(0…0,3), при несплошности на величину H/H₀=(0,3…0,5), а при непроклее слоев материала и отслоения покрытий - H/H₀=(0,5…1,2).

Здесь введены обозначения: H₀ - высота подъема стержневого бойка 4; L - длина оптоволокна 2, закрепленного в корпусе; L₁ - расстояние между осью вращения ротора и осью стержневого бойка 4; Δ - исходный зазор между поверхностью исследуемого объекта 5 и стержневым бойком 4.

Поток лазерного излучения из оптоволокна 2 поступает на отражающее зеркало 11, затем попадает на чувствительный элемент 12. В зависимости от величины качания оптоволокна под действием стержневого подпружиненного бойка 4 световое пятно перемещается по поверхности измерительной оптической линейки чувствительного элемента 12 на угол α, электрический сигнал от которого поступает в вычислительную машину и определяет вид дефекта.

Предложенное техническое решение повышает точность измерения и позволяет выявлять дефекты малых размеров что увеличивает производительность дефектоскопии в 2…3 раза, в сравнении с известным, а также позволяет отыскать дефекты с распознаванием трещин, отслоения покрытий, непроклея слоев и несплошности изделий и упростить процесс измерений.

Использование: для лазерной вибродефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных многослойных клееных материалов. Сущность: заключается в том, что устройство лазерного вибропреобразователя содержит корпус с размещенным в нем оптоволокном с объективом лазерного излучения, соединенным с преобразователем, при этом преобразователь выполнен в виде подпружиненного бойка, взаимодействующего одним концом с оптоволокном, установленным в корпусе с возможностью качания, а другим с исследуемым объектом, при этом на подпружиненном бойке жестко закреплена упругая пластина, конец которой жестко связан с корпусом, а подпружиненный боек имеет паз под выступы ротора, установленного в корпусе, при этом оптоволокно оптически связано с отражающим зеркалом, которое также взаимодействует с чувствительным элементом, электрически связанным с вычислительной машиной, при этом сам корпус связан с динамометром посредством пружины сжатия и с устройством перемещения, взаимодействующие между собой с помощью направляющей, при этом в корпусе установлены шаровые опоры, перемещающиеся по исследуемому объекту, обеспечивающие зазор. Технический результат: повышение точности измерений, а также разрешающей способности лазерно-вибрационной дефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных крупногабаритных клееных материалов. 1 ил.

Устройство лазерного вибропреобразователя, содержащее корпус с размещенным в нем оптоволокном с объективом лазерного излучения, соединенным с преобразователем, отличающееся тем, что преобразователь выполнен в виде подпружиненного бойка, взаимодействующего одним концом с оптоволокном, установленным в корпусе с возможностью качания, а другим с исследуемым объектом, при этом на подпружиненном бойке жестко закреплена упругая пластина, конец которой жестко связан с корпусом, а подпружиненный боек имеет паз под выступы ротора, установленного в корпусе, при этом оптоволокно оптически связано с отражающим зеркалом, которое также взаимодействует с чувствительным элементом, электрически связанным с вычислительной машиной, при этом сам корпус связан с динамометром посредством пружины сжатия и с устройством перемещения, взаимодействующими между собой с помощью направляющей, при этом в корпусе установлены шаровые опоры, перемещающиеся по исследуемому объекту, обеспечивающие зазор.