СИСТЕМА ИСКАТЕЛЕЙ ДЕФЕКТОСКОПА И ДЕФЕКТОСКОП Российский патент 2023 года по МПК G01N29/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системе искателей дефектоскопа, предназначенного для неразрушающего контроля материала путем перемещения исследуемого образца относительно системы искателей в направлении проведения контроля, а также к дефектоскопу. Предпочтительная область применения - системы искателей ультразвуковых дефектоскопов.

Уровень техники

Ультразвуковой контроль представляет собой акустический метод выявления дефектов материала, так называемых несплошностей, и определения размеров деталей с помощью ультразвука. Он относится к способам неразрушающего контроля. При неразрушающем контроле материалов ультразвуком звук передают от искателя к исследуемому образцу через контактную среду, например, слой жидкости. Ультразвуковые волны, несущие информацию о состоянии исследуемого объекта, обычно передают от исследуемого образца к принимающему искателю через ту же контактную среду. Под искателем в данном случае подразумевают элемент, в котором установлен один или несколько ультразвуковых преобразователей. Сам ультразвуковой преобразователь преобразует электрический сигнал в звуковой (акустический) сигнал или звуковой сигнал в электрический сигнал. В большинстве случаев ультразвуковые преобразователи, излучающие и принимающие звуковой сигнал, объединены в одном искателе. Если передатчик и приемник разделены, такие приборы также называют приемопередающими или ПП-искателями. Они предпочтительны, например, в тех случаях, когда требуется высокая разрешающая способность при малых дальностях. Если для передачи и приема используют один и тот же ультразвуковой преобразователь, говорят об эхо-импульсных искателях.

Для контроля изделий большой площади, например, толстой листовой стали на сталелитейных заводах, в настоящее время часто применяют ультразвуковые дефектоскопы, содержащие системы с несколькими искателями и работающие с использованием перемещения исследуемого образца относительно системы искателей в направлении проведения контроля. Система искателей содержит базовое крепление, определяющее продольное направление с возможностью ориентации параллельно направлению проведения контроля и поперечное направление с возможностью ориентации перпендикулярно направлению проведения контроля и несущую несколько держателей искателей, расположенных прямолинейно друг рядом с другом в поперечном направлении. Каждый держатель искателя содержит один или несколько искателей.

В статье «Опыт эксплуатации нового широкоформатного ультразвукового дефектоскопа», А. Вебер с соавт., Ежегодная конференция Немецкого общества неразрушающего контроля, 2013 - Di2.B.2 ("Betriebliche Erfahrungen mit einer neuen Ganztafel-Ultraschallprufanlage", A. Weber et al., DGZfP-Jahrestagung 2013 - Di2.B.2), стр. 1-8, описан широкоформатный ультразвуковой дефектоскоп, установленный в прокатном стане непосредственно за холодильником на входе в секцию резки. В описанном ультразвуковом дефектоскопе 76 держателей искателей с индивидуальным пневматическим управлением. Используются ПП-искатели с номинальной частотой 5 МГц. Используемые осцилляторы имеют ширину 50 мм и разделены на четыре секции, в результате чего образуется 304 индивидуально обрабатываемых канала контроля. Держатели искателей установлены на двух подвижных устройствах для контроля качества поверхности, расположенных друг за другом в направлении проведения контроля со смещением на одну ширину искателя в поперечном направлении. Согласно статье, это позволяет обеспечить полный (100%-ный) контроль качества поверхности.

В опубликованной заявке DE 3442751 А1 раскрыт ультразвуковой дефектоскоп металлических листов с несколькими настраиваемыми на лист искателями, которые расположены в ряд поперек направления подачи листа и в несколько рядов друг за другом с перекрытием в направлении подачи. Каждый искатель содержит передатчик и приемник.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей изобретения является разработка системы искателей для дефектоскопа для неразрушающего контроля материалов с относительным перемещением исследуемого образца относительно системы искателей, которая позволит выполнять полный контроль поверхности и будет иметь простую и недорогую конструкцию.

Согласно изобретению, поставленная задача решена системой искателей с признаками, раскрытыми в пункте 1 формулы изобретения. Выгодные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы. Формулировка всех пунктов формулы включена в описание путем отсылки.

Система искателей предложена для дефектоскопа, предназначенного для неразрушающего контроля материалов, в котором исследуемый образец перемещают относительно системы искателей в направлении проведения контроля относительно системы искателей. Относительное перемещение может быть реализовано за счет того, что во время проведения контроля система искателей остается неподвижной, а исследуемый образец перемещают параллельно направлению проведения контроля. Также возможен вариант, в котором исследуемый образец во время проведения контроля остается неподвижным, и параллельно направлению проведения контроля перемещают только систему искателей. Также возможен вариант, в котором во время проведения контроля исследуемый образец и систему искателей перемещают параллельно направлению проведения контроля.

Система искателей содержит базовое крепление, определяющее продольное направление, выравниваемое параллельно направлению проведения контроля, и поперечное направление, выравниваемое перпендикулярно направлению проведения контроля. Базовое крепление содержит несколько держателей искателей, расположенных в ряд друг рядом с другом в поперечном направлении. Использование нескольких держателей искателей позволяет охватить всю ширину поверхности во время проведения контроля, т.е. свести к минимуму не подвергающиеся контролю боковые кромки. Поэтому такие системы искателей также называют подвижными устройствами для контроля качества поверхности. Для улучшения возможностей обслуживания и сокращения длительности простоев прокатного стана подвижные устройства для контроля качества поверхности обычно перемещают в поперечном направлении между подходящим для контроля положением и сервисным положением вне траектории движения исследуемого образца.

Каждый держатель искателей содержит удерживающую конструкцию, захватывающую искатели, обычно выполненные с возможностью замены, и удерживающую их в требуемых положениях друг относительно друга в пространстве.

Каждый держатель искателей содержит первую зону искателей, снабженную по меньшей мере одним первым искателем, и вторую зону искателей, снабженную по меньшей мере одним вторым искателем. Каждая зона искателей определяет эффективную ширину контроля таким образом, чтобы при перемещении исследуемого образца относительно системы искателей параллельно направлению проведения контроля по зоне искателей эффективная ширина контроля позволяла контролировать полосу контроля без пробелов. Первая зона искателей и вторая зона искателей одного и того же держателя искателей расположены со смещением друг относительно друга параллельно продольному и поперечному направлению. Смещение выбирают таким образом, чтобы первая полоса контроля, охватываемая первой зоной искателей держателя искателей, с одной стороны без пробела переходила во вторую полосу контроля, охватываемую второй зоной искателей того же держателя искателей, а с противоположной стороны без пробела переходила во вторую полосу контроля, охватываемую второй зоной искателей расположенного непосредственно рядом держателя искателей. Под переходом без пробела в данном случае понимают отсутствие разрыва в области между переходящими друг в друга без пробела полосами контроля, т.е. отсутствие области, в которой чувствительность контроля опускается ниже минимальной чувствительности контроля, которая может быть определена для данного применения. Кроме того, в переходной зоне обеспечивается чувствительность контроля, достаточная для выполнения контроля, что позволяет выявить, по существу, все искомые несплошности или отражатели в том числе в переходной зоне между соседними полосами контроля.

В отношении значения терминов «несплошность» и «дефект» в контексте настоящей заявки следует отметить следующее со ссылкой на пример ультразвукового контроля. По существу, различают несплошности и дефекты. Под несплошностью понимают любой объект, выявленный в качестве отражателя ультразвуковых волн во время ультразвукового контроля. Под дефектом понимают отражатель, характеристики которого (например, превышение максимальной площади или частота отражателей в зоне и т.д.) определены как недопустимые в соответствии с официальными стандартами контроля или индивидуальными соглашениями. Поэтому не всякая несплошность является дефектом, но все дефекты считаются несплошностями.

То же самое относится к применению других принципиально возможных технологий контроля, например, токовихревой (англ. Eddy Current Testing) или магнитной дефектоскопии (англ. Magnetic Testing).

Благодаря особой конструкции и расположению держателей искателей можно реализовать полное покрытие очень широкой в поперечном направлении площади с помощью всего одного ряда держателей искателей, расположенных друг рядом с другом в поперечном направлении. По сравнению с традиционными решениями, в которых применяли две системы искателей, расположенные друг за другом в направлении проведения контроля и смещенные друг относительно друга на одну ширину искателя в поперечном направлении, в данном случае можно сократить количество используемых систем искателей на одну. Благодаря отсутствию необходимости по меньшей мере в одной второй системе искателей, дополняющей одну систему искателей и смещенной в продольном направлении относительно нее, также улучшается доступность всех компонентов системы искателей. «Площадь» системы в целом уменьшается, т.е. требуется меньше места для установки в продольном направлении. Это упрощает интеграцию в существующую среду установки, например, в производственные цеха. Повышенная степень интеграции системы может ускорить монтаж и ввод в эксплуатацию. Если дефектоскоп также содержит кромочные подвижные устройства для поперечного контроля кромок, можно увеличить доступное им место для перемещения относительно исследуемого образца. Еще одно преимущество заявленного изобретения заключается в возможности снижения затрат на сырье и материалы. В результате можно получить систему искателей, позволяющую выполнять полный контроль поверхности и имеющую относительно простую и недорогую конструкцию.

Особая конструкция позволяет выполнять контроль поверхности в один ряд (т.е. с единственным рядом держателей искателей, расположенных друг рядом с другом в поперечном направлении), обеспечивая при этом полный (100%-ный) охват поверхности.

Соответствующий дефектоскоп для неразрушающего контроля материалов с перемещением исследуемого образца относительно системы искателей в направлении проведения контроля отличается тем, что он содержит только одну систему искателей согласно заявленному изобретению.

В некоторых вариантах осуществления изобретения первая полоса контроля, охватываемая первой зоной искателей держателя искателей, перекрывается с одной стороны второй полосой контроля, охватываемой второй зоной искателей того же держателя искателей в первой области перекрытия, а с противоположной стороны перекрывается второй полосой контроля, охватываемой второй зоной искателей расположенного непосредственно рядом держателя искателей во второй области перекрытия. Степень перекрытия можно выбрать таким образом, чтобы в области перекрытия чувствительность контроля не была ниже или была лишь незначительно ниже, чем в центре полосы контроля. Ширина областей перекрытия зависит от необходимой минимальной чувствительности обнаружения и физических свойств используемых искателей. Ширина областей перекрытия может составлять, например, 5-25%, в частности, 10-20% ширины перекрывающихся полос контроля. Кроме того, некоторые стандарты контроля задают определенные требования к областям перекрытия отдельных полос контроля, согласно которым, например, ширина областей перекрытия должна составлять не менее 10% ширины перекрывающихся полос контроля.

Согласно другой формулировке, аспект изобретения может быть описан следующим образом. Первая и вторая полоса контроля зон искателей одного и того же держателя искателей образуют общую полосу контроля искателей, размещенных в этом держателе искателей, благодаря переходу без пробела или перекрытию в первой области перекрытия. Ширина этой общей полосы контроля, которую можно назвать общей шириной контроля держателя искателей, превышает ширину держателя искателей, измеренную в поперечном направлении в точке наибольшей ширины держателя.

Для надежного контроля поверхности, в том числе, исследуемых образцов с относительно неровной поверхностью, в предпочтительных вариантах осуществления держатели искателей можно устанавливать на базовое крепление с возможностью перемещения по отдельности. При этом, предпочтительно, каждый держатель искателей устанавливают с возможностью ограниченного наклона в продольном и поперечном направлении. Это позволяет значительно уменьшить колебания сигнала дефектоскопа вследствие неправильной ориентации и/или чрезмерного изменения расстояния между искателями и исследуемым образцом по сравнению с жестким держателем. Для этого держатели искателей можно устанавливать на подходящих подвесах, которые сами по себе имеют возможность перемещения, например, на карданных подвесах или параллелограммных подвесах с дополнительными степенями свободы наклона. Держатели искателей и их подвесы могут формировать узлы держателей искателей, каждый из которых может быть установлен на базовом креплении с возможностью замены по отдельности целым узлом.

Чтобы каждый держатель искателей в ряду мог перемещаться по отдельности без столкновения с расположенными непосредственно рядом держателями искателей, и для обеспечения контроля без зазоров в поперечном направлении, расстояние между держателями искателей, расположенными друг рядом с другом в поперечном направлении, не должно быть ни слишком большим, ни слишком малым.

В некоторых вариантах осуществления оптимальное расстояние может быть достигнуто за счет специальной конструкции держателей искателей в области скользящей опоры. Под скользящими опорами понимают компоненты держателей искателей, предназначенные для направления держателя искателей или самих искателей по поверхности исследуемого образца на максимально постоянном расстоянии (с максимально постоянным зазором) во время проведения контроля и при необходимости с применением контактной среды для скольжения по этой поверхности с контактом или без контакта. Таким образом, под областью скользящей опоры понимают область держателя искателей со стороны, обращенной к исследуемому образцу.

В некоторых вариантах осуществления держатели искателей в области скользящей опоры содержат переднюю часть (опережающую во время проведения контроля) и заднюю часть (запаздывающую во время проведения контроля), причем передняя и задняя части смещены друг относительно друга в продольном и поперечном направлении. Переднюю и заднюю части можно использовать для размещения соответствующих первой и второй зон искателей или их частей.

Это отличается от общепринятых концепций, в которых область скользящей опоры держателя искателей ориентирована, по существу, в продольном направлении или направлении проведения контроля.

Между передней и задней частью, которые могут иметь, по существу, прямоугольную форму, возможно с закругленными углами, может быть предусмотрен более или менее выраженный ступенчатый переход, обусловленный смещением в продольном и поперечном направлениях. В некоторых вариантах осуществления между передней и задней частью расположена средняя часть, причем передняя и задняя части смещены друг относительно друга в продольном и поперечном направлениях, а средняя часть наклонена относительно продольного и поперечного направления. Переднюю и заднюю часть можно использовать по меньшей мере частично для размещения соответствующих первой и второй зон искателей, а наклонная средняя часть, соединяющая обе части, обеспечивает необходимое смещение в поперечном направлении при сохранении достаточного бокового зазора относительно расположенных непосредственно рядом держателей искателей.

Согласно другой формулировке, в некоторых вариантах осуществления оптимальное расстояние может быть достигнуто за счет того, что область скользящей опоры каждого держателя искателей наклонена относительно продольного и поперечного направления частично или по всей длине.

Согласно другой формулировке, система искателей также может быть описана таким образом, что область скользящей опоры каждого держателя искателей имеет форму, являющуюся, по существу, точечно-симметричной относительно центра симметрии, расположенного посередине между передней и задней кромкой, и не являющуюся зеркально симметричной относительно продольного или поперечного направления. Например, форма может быть, по существу, S- или Z-образной.

Возможен вариант, в котором в каждой зоне искателей держателя искателей, т.е. в первой и второй зоне искателей, может быть расположен только один искатель. В этом случае эффективная ширина зоны искателей будет определяться эффективной шириной контроля одного искателя. В некоторых вариантах осуществления в каждой из зон искателей группу искателей, содержащую несколько искателей, смещенных в продольном и поперечном направлениях друг относительно друга, располагают таким образом, чтобы эффективная ширина зоны искателей превышала индивидуальную ширину контроля каждого искателя. Искатели могут быть расположены «с зазором» в двух или более плоскостях в пределах соответствующей зоны искателей. Например, в одной плоскости два искателя могут быть расположены друг рядом с другом в поперечном направлении, а в плоскости, смещенной относительно нее в продольном направлении, предусмотрен один искатель, перекрывающий зазор между двумя указанными искателями с боковым перекрытием.

Предпочтительной областью применения являются системы искателей для ультразвуковых дефектоскопов, а также оснащенные ими ультразвуковые дефектоскопы. В качестве метода контроля можно использовать, например, обычный ультразвук с ультразвуковым зазором. В качестве ультразвуковых искателей можно использовать, например, приемопередающие искатели (ПП-искатели), упомянутые ранее, или эхо-импульсные искатели. Ультразвуковой контроль можно также выполнять с помощью искателей, содержащих электромагнитные акустические преобразователи. Возможные варианты осуществления раскрыты, например, в патентной заявке DE 102008054250 А1 заявителя и описанном в нем уровне техники. Искатели могут также работать на других принципах. Искатели могут представлять собой, например, токовихревые искатели для проведения контроля посредством вихревых токов (англ. Eddy Current Testing) или магнитно-токовые искатели для проведения магнитного контроля (англ. Magnetic Testing).

Это позволяет выполнять контроль листового металла, материалов или исследуемых образцов в целом, используя раскрытую систему искателей с различными датчиками и, тем самым, различными технологиями контроля. В зависимости от выбранной технологии можно реализовать варианты для различных задач контроля толщи материала (предпочтительно, ультразвуковые или электромагнитные акустические) или поверхности материала (предпочтительно, токовихревые или магнитные).

Краткое описание чертежей

Прочие преимущества и аспекты изобретения следуют из формулы изобретения и нижеследующего описания предпочтительных вариантов осуществления, которые раскрыты ниже со ссылкой на фигуры.

Фигура 1: схематичное изображение частей ультразвукового дефектоскопа с системой искателей согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Фигуры 2А, 2В: вид в плане и аксонометрии под углом компонентов четырех держателей искателей системы искателей, расположенных в ряд друг рядом с другом.

Фигуры 3А-3Е: различные виды трех держателей искателей системы искателя, расположенных друг рядом с другом, согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фигура 4: схематичное изображение варианта с держателями искателей в форме параллелограмма и переходящими друг в друга без пробела, но не перекрывающимися полосами контроля.

Осуществление изобретения

Ниже раскрыты аспекты предпочтительных вариантов осуществления изобретения на примере ультразвукового контроля. Аналогичным образом могут быть реализованы варианты с искателями, работающими на других принципах (например, токовихревые или магнитные искатели).

На фиг. 1 схематично изображены части ультразвукового дефектоскопа 100 для неразрушающего контроля исследуемых образцов с помощью ультразвука. Исследуемый образец 110 в данном примере представляет собой толстый металлический лист, транспортируемый через ультразвуковой дефектоскоп в прокатном стане сталелитейного завода в направлении 112 подачи с горизонтальной ориентацией на роликовом транспортере или ином подобном устройстве.

Над проходящим исследуемым образцом 110 расположена система 200 искателей ультразвукового дефектоскопа 100. Такая система искателей предназначена для сканирования исследуемого образца 110 с помощью ультразвуковых искателей по существу по всей ширине образца без зазоров и обеспечения сплошного ультразвукового контроля в поперечном направлении (полного контроля поверхности). Система искателей образует так называемое подвижное устройство для контроля качества поверхности, выполненное с возможностью перемещения по горизонтали в поперечном направлении между положением контроля, показанным над роликовым транспортером, и сервисным положением рядом с роликовым транспортером.

Система 200 искателей контролирует верхнюю сторону 111 исследуемого образца 110 в направлении проведения контроля, параллельном направлению 112 подачи. Контроль поверхности может охватывать практически всю ширину исследуемого образца. Максимальная ширина контроля системы искателей соответствует ширине листа в поперечном направлении за вычетом узких не подвергаемых контролю кромочных зон, которые обычно уже, например, 100 мм. Для контроля боковых кромок исследуемого образца, недоступных для подвижного устройства для контроля качества поверхности, ультразвуковой дефектоскоп содержит отдельные кромочные подвижные устройства контроля, не показанные на фигуре. Также не показаны возможные устройства контроля верхней или нижней части подаваемого листа, т.е. концов исследуемого образца, вытянутого в направлении подачи.

Система 200 искателей содержит базовое крепление 210, характеризующееся относительной узостью в продольном направлении L, параллельном направлению проведения контроля, и проходящее по всей ширине исследуемого образца 110 в поперечном направлении Q, перпендикулярном этому направлению. Боковые накладки придают базовому креплению форму короба.

На нижней стороне базового крепления 210, обращенной к исследуемому образцу, установлено несколько держателей 220 искателей идентичной конструкции, опирающихся на базовое крепление. Они могут быть установлены параллельно вертикальному направлению V в направлении исследуемого образца или противоположном направлении. В данном примере предусмотрено более 40 одинаковых держателей 220 искателей.

Держатели 220 искателей расположены в один прямой ряд, ориентированный в поперечном направлении Q, по существу, по всей ширине исследуемого образца. Каждый держатель искателя подвешен на подвижном подвесе, который вместе с закрепленным на нем держателем искателя образует узел держателя искателя, выполненный с возможностью замены как единое целое. В данном примере подвес содержит параллелограммный держатель, обеспечивающий ограниченное перемещение держателя искателя вверх и вниз между опущенным положением контроля и поднятым положением покоя. Подвесы держателей искателей на параллелограммных держателях выполнены таким образом, чтобы держатели зондов не были жестко закреплены, но имели возможность ограниченного наклона в продольном направлении L и в поперечном направлении для того, чтобы каждый держатель искателей мог в определенной степени следовать любым неровностям поверхности 111 исследуемого образца независимо от соседних держателей искателей.

Ультразвуковой дефектоскоп 100 содержит устройство 150 подачи среды (например, контактной среды (обычно воды), сжатого воздуха, электрического тока для автоматизации, сигналов управления) и соединительную коробку 160 искателя для размещения электрических соединений для искателей системы искателей.

Структура системы 200 искателей раскрыта на фиг. 2А и 2В, на которых показаны вид в плане и вид в аксонометрии под углом компонентов четырех держателей 220 искателей системы искателей, расположенных в ряд друг рядом с другом. На нижней стороне каждого держателя 220 искателей, обращенной к исследуемому образцу, предусмотрена так называемая скользящая опора 230 в виде сплошной пластины из износостойкого материала, например, нержавеющей стали с твердосплавными вставками и/или закаленной стали. Для выполнения контроля держатели искателей опускают в направлении исследуемого образца таким образом, чтобы контактные поверхности 226 скользящих опор, обращенные к исследуемому образцу, прилегали к поверхности исследуемого образца, причем в зазоре между искателями и поверхностью исследуемого образца находится жидкая контактная среда (например, вода). Скользящие опоры скользят по тонкому слою контактной среды, когда исследуемый образец перемещается относительно держателя искателя параллельно направлению проведения контроля. Скользящую опору обычно крепят к нижней стороне металлической удерживающей рамы с возможностью замены. Удерживающая рама, не показанная на фиг. 2А, 2В, образует удерживающую конструкцию, в которой отдельные искатели установлены в предназначенных для них положениях. Область со скользящей опорой 230, ближайшая к исследуемому образцу, также называется областью 237 скользящей опоры.

Между держателями искателей, расположенными непосредственно друг рядом с другом, имеются промежутки 222, позволяющие перемещать держатели искателей друг относительно друга без взаимного столкновения.

Каждая из скользящих опор 230 имеет, по существу, S-образную форму и ориентирована в продольном направлении L между передней кромкой 231, являющейся опережающей во время проведения контроля, и задней кромкой 232, являющейся запаздывающей во время проведения контроля, которые в данном примере параллельны или по существу параллельны поперечному направлению Q.

Цельная скользящая опора может быть мысленно разделена на отдельные части. К передней кромке 231 примыкает передняя часть 233 скользящей опоры с боковыми кромками, параллельными продольному направлению. К задней кромке примыкает задняя часть 234 скользящей опоры с боковыми кромками, параллельными продольному направлению. Передняя и задняя части соединены средней частью 235 скользящей опоры, боковые кромки которой преимущественно наклонены относительно продольного и поперечного направления. Например, угол между продольным направлением и боковыми кромками средней части может составлять 30-50°.

Таким образом, форма скользящих опор 230 или держателя искателей в области 237 скользящей опоры не является зеркально-симметричной относительно продольного направления L или поперечного направления Q. Скорее, форма может быть описана как, по существу, точечно-симметричная относительно центра Z симметрии, расположенного посередине между передней и задней кромкой. Соответствующие S-образные скользящие опоры расположены в шахматном порядке таким образом, чтобы в продольном направлении L передняя часть скользящей опоры располагалась частично спереди или сзади задней части скользящей опоры, расположенной непосредственно рядом.

Каждая скользящая опора содержит углубление 236 как в области перехода между передней и средней частью, так и в области переходе между средней и задней частью, причем углубление проходит от контактной поверхности, обеспечивающей контакт с исследуемым образцом с передачей сигнала, к внутренней или верхней стороне и имеет размеры, позволяющие устанавливать в углубление один или несколько искателей (в данном примере три искателя) с небольшим боковым зазором.

В каждом из углублений в данном примере осуществления находятся три отдельных искателя 240, каждый из которых имеет по существу прямоугольную базовую форму. Каждый отдельный искатель имеет эффективную ширину искателя, измеренную в поперечном направлении Q, которая немного меньше ширины искателя между боковыми поверхностями, показанной на фигурах. Три искателя группы искателей установлены в двух плоскостях, смещенных друг относительно друга в продольном направлении L. В первой группе 242-1 искателей, расположенной в области перехода между передней частью 233 и средней частью 235, имеется два искателя, расположенные друг рядом с другом ближе к передней кромке. Образовавшийся между ними зазор в полосе контроля перекрывается третьим искателем, смещенным в продольном направлении L от двух опережающих искателей и расположенным по центру за зазором. Вторая группа 242-2 искателей, расположенная в области перехода между средней частью 235 и задней частью 234, имеет точечно-симметричное расположение относительно этой группы.

Первая группа 242-1 искателей определяет первую зону 245-1 искателей, а вторая группа 242-2 искателей определяет вторую зону 245-2 искателей, смещенную относительно первой зоны 245-1 искателей в продольном направлении L и поперечном направлении Q.

Если исследуемый образец 110 перемещают относительно системы 200 искателей в направлении 113 проведения контроля, соответствующем продольному направлению L, то искатели первой зоны 245-1 искателей сканируют первую полосу PS1 контроля в поперечном направлении Q без зазоров, в то время как искатели второй зоны 245-2 искателей сканируют вторую полосу PS2 контроля в поперечном направлении без зазоров.

Особенность данного варианта осуществления заключается в расположении зон искателей отдельных держателей искателей друг относительно друга. Первая полоса PS1 контроля, охватываемая первой зоной 245-1 искателей держателя 220 искателей, во время проведения контроля перекрывается с одной стороны второй полосой PS2 контроля, охватываемой второй зоной 245-2 искателей того же держателя искателей. Перекрытие происходит в пределах первой области U1 перекрытия таким образом, что между первой и второй полосой контроля не было зазора или зоны с сильно отличающейся чувствительностью контроля. На второй стороне первой полосы PS1 контроля, противоположной первой стороне, она перекрывается второй полосой PS2 контроля, охватываемой второй зоной искателей расположенного непосредственно рядом держателя искателей. Такое перекрытие имеет место во второй области U2 перекрытия. Ширину областей U1, U2 перекрытия в поперечном направлении выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточное перекрытие в любых возможных относительных положениях расположенных непосредственно друг рядом с другом держателей искателей. Это позволяет без пробелов выполнять контроль исследуемого образца в поперечном направлении Q по всей ширине, охватываемой держателями искателей.

Вышесказанное можно сформулировать иначе. Первая и вторая полосы PS1, PS2 контроля зон 245-1, 245-2 искателей держателя 220 искателей перекрываются в первой области U1 перекрытия и, тем самым, формируют общую полосу PSG контроля искателей, размещенных в этом держателе искателей. Ширина этой общей полосы контроля, т.е. общая ширина контроля держателя искателей, превышает ширину В держателя искателей, измеренную в поперечном направлении в его наиболее широком месте.

В предыдущем примере для каждой зоны искателей предусмотрено три одинаковых искателя. Этот вариант необязателен. В зоне искателей может быть предусмотрено больше или меньше искателей, например, только один искатель.

Другой вариант осуществления будет раскрыт ниже со ссылкой на фиг. 3А-3Е. На фигурах изображено по три расположенных непосредственно друг рядом с другом держателя искателей в составе системы искателей, содержащей несколько таких держателей, расположенных по прямой линии друг рядом с другом, например, 30 и более или 40 и более держателей. Для ясности отдельные элементы или узлы имеют такие же ссылочные обозначения, что и на фиг. 1 и 2.

На фиг. 3А в плане изображены нижние стороны или контактные поверхности 226 трех расположенных друг рядом с другом держателей 220 искателей системы искателей, обращенных к исследуемому образцу; на фиг. 3В - вид в аксонометрии под углом на держатели искателей сверху; на фиг. 3С - вид в аксонометрии под углом на держатели искателей снизу; на фиг. 3D - вид сбоку на группу держателей искателей параллельно поперечному направлению; на фиг. 3Е - вид спереди трех держателей искателей параллельно продольному направлению.

На фиг. 3А хорошо видна ранее подробно описанная форма держателей искателей в области скользящей опоры с передними частями 233 и задними частями 234, смещенными друг относительно друга, и наклонными средними частями 235. На фигурах также показаны отдельные степени свободы перемещения держателей искателей. Например, средний держатель 220 искателей немного смещен вперед или назад в продольном направлении L относительно внешних держателей искателей из изображенной группы. Такая свобода перемещения в продольном направлении обусловлена, в частности, тем, что каждый держатель искателей спереди и сзади шарнирно соединен с Y-образными опорными элементами 224, оси вращения которых, по существу, параллельны поперечному направлению Q системы искателей. Это позволяет, в определенных пределах, качать держатели искателей в продольном направлении и, соответственно, наклонять держатель искателей. Конструкция также предусматривает возможность наклона в поперечном направлении Q. Взаимное смещение изображенных держателей искателей друг относительно друга приводит не только к продольному смещению, показанному на фиг. 3А, но и к небольшим перепадам высоты контактных поверхностей 226 относительно базового крепления, что хорошо видно на фиг. 3Е. Это позволяет адаптировать систему искателей к неровностям поверхности исследуемого образца. На фиг. 3А также хорошо видна возможность относительного перемещения держателей искателей в продольном направлении L несмотря на взаимное смещение передней и задней частей держателей искателей, поскольку наклонная средняя часть образует соответствующие зазоры, делающие возможным относительное перемещение без взаимного столкновения держателей искателей.

Конструкция держателя искателей особенно хорошо показана на фиг. 3В. На стороне держателя 220 искателей, обращенной к исследуемому образцу, предусмотрена скользящая опора 230. Она прикреплена к нижней стороне механически устойчивой удерживающей рамы 238, соответствующей внешней форме скользящей опоры в области скользящей опоры. Удерживающая рама служит для фиксации искателей 240 в правильном положении в держателе искателей. Сами искатели устанавливаются группами по три штуки на треугольной монтажной раме 239 таким образом, чтобы их можно было устанавливать или снимать вместе как группу искателей в держателе искателей.

Взаимосвязь отдельных полос PS1, PS2 контроля держателей искателей, а также их взаимное перекрытие в областях U1, U2 перекрытия раскрыты в описании со ссылкой на фиг. 2А.

Со ссылкой на схематичную фиг. 4 описана система 200 искателей, в которой зоны 245-1 и 245-2 искателей держателей 220 искателей расположены со смещением друг относительно друга в поперечном направлении таким образом, чтобы первая полоса PS1 контроля, охватываемая первой зоной 245-1 искателей держателя 220 искателей, примыкала ко второй полосе PS2 контроля, охватываемой второй зоной 245-2 искателей того же держателя 200 искателей без взаимного перекрытия, но, тем не менее, без зазоров. В отличие от предыдущего варианта осуществления, форма изображенной области скользящей опоры держателя 220 искателей соответствует не букве S, а параллелограмму, и на всем протяжении ориентирована наклонно к продольному направлению L и поперечному направлению Q.

В нижней части фиг. 4 схематически показан график чувствительности РЕ контроля в поперечном направлении Q для каждой из зон искателей. Видно, что чувствительность контроля относительно высока в центральной части полосы контроля и уменьшается к боковым кромкам полосы контроля. Соотношения показаны здесь в очень схематичной форме. Хотя в области перехода к соседней полосе контроля наблюдается небольшое снижение чувствительности контроля, в области между полосами контроля, переходящими друг в друга без зазоров, зазоры контроля отсутствуют, поскольку даже в области локально минимальной чувствительности контроля непосредственно на переходе между полосами контроля локальная чувствительность контроля превышает предельное значение GW, установленное для предполагаемой здесь задачи контроля. Таким образом, все искомые несплошности или отражатели могут быть надежно обнаружены с помощью системы 200 искателей, в частности, в областях непосредственно на переходе между соседними полосами контроля. Это справедливо для любых относительных положений держателей искателей, выполненных с возможностью перемещения друг относительно друга.

Первая полоса PS1 контроля и вторая полоса PS2 контроля зон 245-1, 245-2 искателей держателя 220 искателей переходят друг в друга без зазоров и, тем самым, формируют общую полосу PSG контроля искателей, размещенных в этом держателе искателей. Ширина этой общей полосы контроля, т.е. общая ширина контроля держателя искателей, превышает ширину В держателя искателей, измеренную в поперечном направлении в наиболее широком месте держателя.

Концепция новой конструкции держателей зондов, представленная в данной заявке, может быть реализована с различными типами искателей. Во многих вариантах осуществления искатели представляют собой так называемые приемопередающие искатели (ПП-искатели), в которых излучающие звук ультразвуковые преобразователи и принимающие звук ультразвуковые преобразователи являются отдельными компонентами, объединенными в одном искателе. Такие ПП-искатели можно использовать в различных вариантах осуществления, т.е. с различным количеством передающих и принимающих элементов. Для конфигурации искателей можно использовать, например, обозначение T_xR_y, где х означает количество передающих элементов, а у - количество принимающих элементов. Например, возможны следующие комбинации: T1R1, T1R3 или T1R4. В данном случае T1R1 означает, что на один передающий элемент передатчика в искателе приходится только один принимающий элемент. В комбинации T1R4 в каждом искателе содержится один передающий элемент, которому соответствует четыре отдельных принимающих элемента. Передающий элемент занимает всю ширину, четыре принимающих элемента расположены непосредственно друг рядом с другом и покрывают практически всю ширину передающего элемента. Искатели могут иметь различную ширину полосы контроля. Как правило, ширина полосы контроля у типа T1R3 или T1R4 больше, чем у типа T1R1; например, она может составлять 50 мм, тогда как для T1R1 может быть предусмотрена ширина полосы контроля 25 мм.

Передающие и принимающие элементы искателя расположены в общем корпусе искателя. Ультразвуковые преобразователи обычно содержат пьезоэлементы. На кромках пьезоэлемента вышеупомянутое падение чувствительности контроля между отдельными полосами контроля происходит вследствие физических явлений. Такое снижение чувствительности может означать, что в этой области между полосами контроля мелкие отражатели (например, дефекты) в непосредственной близости от искателя или на большей глубине не могут быть обнаружены с достаточной надежностью. Если обнаружение таких дефектов не требуется для выполнения задачи контроля, незначительное снижение чувствительности контроля в области перехода не имеет практического значения. Можно выбрать систему согласно фиг. 4. Если необходимо снизить или в значительной степени исключить снижение чувствительности контроля, можно выбрать вариант с взаимным перекрытием полос контроля в соответствии с ранее раскрытым вариантом осуществления. В каждом из этих случаев, тем не менее, обеспечивается сплошной контроль, т.е. контроль без зазоров, поскольку чувствительность контроля превышает минимальную чувствительность контроля, предписанную для задачи контроля, даже в областях перехода.

Использование: для неразрушающего контроля материала. Сущность изобретения заключается в том, что система искателей дефектоскопа, предназначенного для неразрушающего контроля материала путем перемещения исследуемого образца относительно системы искателей в направлении проведения контроля, содержит базовое крепление, определяющее продольное направление, выравниваемое параллельно направлению проведения контроля, и поперечное направление, выравниваемое перпендикулярно направлению проведения контроля, и содержащее несколько держателей искателей, расположенных в ряд рядом друг с другом в поперечном направлении. Каждый держатель искателей содержит первую зону искателей, снабженную по меньшей мере одним первым искателем, и вторую зону искателей, снабженную по меньшей мере одним вторым искателем. Каждая зона искателей определяет эффективную ширину контроля таким образом, чтобы при перемещении исследуемого образца относительно системы искателей в направлении проведения контроля по зоне искателей эффективная ширина контроля позволяла контролировать полосу контроля без пробелов. Первая зона контроля и вторая зона контроля держателя искателей расположены со смещением относительно друг друга параллельно продольному направлению и поперечному направлению таким образом, чтобы первая полоса контроля, охватываемая первой зоной искателей держателя искателей, с одной стороны без пробела переходила во вторую полосу контроля, охватываемую второй зоной искателей того же держателя искателей, а с противоположной стороны без пробела переходила во вторую полосу контроля, охватываемую второй зоной искателей расположенного непосредственно рядом держателя искателей. Технический результат: обеспечение возможности разработки системы искателей для дефектоскопа для неразрушающего контроля материалов с относительным перемещением исследуемого образца относительно системы искателей, которая позволит выполнять полный контроль поверхности и будет иметь простую конструкцию. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система (200) искателей дефектоскопа (100), предназначенного для неразрушающего контроля материала путем перемещения исследуемого образца (110) относительно системы (200) искателей в направлении (113) проведения контроля, содержащая:

базовое крепление (210), определяющее продольное направление (L), выравниваемое параллельно направлению проведения контроля, и поперечное направление (Q), выравниваемое перпендикулярно направлению проведения контроля, и содержащее несколько держателей (220) искателей, расположенных в ряд рядом друг с другом в поперечном направлении (Q);

причем каждый держатель искателей содержит первую зону (245-1) искателей, снабженную по меньшей мере одним первым искателем, и вторую зону (245-2) искателей, снабженную по меньшей мере одним вторым искателем;

причем каждая зона (245-1, 245-2) искателей определяет эффективную ширину контроля таким образом, чтобы при перемещении исследуемого образца (110) относительно системы (200) искателей в направлении проведения контроля по зоне искателей эффективная ширина контроля позволяла контролировать полосу (PS1, PS2) контроля без пробелов;

причем первая зона (245-1) искателей и вторая зона (245-2) искателей держателя (220) искателей расположены со смещением относительно друг друга параллельно продольному направлению (L) и поперечному направлению (Q) таким образом, чтобы первая полоса (PS1) контроля, охватываемая первой зоной (245-1) искателей держателя (220) искателей, с одной стороны без пробела переходила во вторую полосу (PS2) контроля, охватываемую второй зоной (245-2) искателей того же держателя (220) искателей, а с противоположной стороны без пробела переходила во вторую полосу (PS2) контроля, охватываемую второй зоной (245-2) искателей расположенного непосредственно рядом держателя искателей.

2. Система искателей по п. 1, отличающаяся тем, что первая полоса (PS2) контроля, охватываемая первой зоной (245-1) искателей держателя (220) искателей, перекрывается с одной стороны второй полосой (PS2) контроля, охватываемой второй зоной (245-2) искателей того же держателя (220) искателей в первой области (U1) перекрытия, а с противоположной стороны перекрывается второй полосой (PS2) контроля, охватываемой второй зоной (245-2) искателей расположенного непосредственно рядом держателя искателей во второй области (U2) перекрытия.

3. Система искателей по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что держатели (220) искателей установлены на базовое крепление (210) с возможностью перемещения по отдельности, причем, предпочтительно, каждый держатель (220) искателей установлен с возможностью ограниченного наклона в продольном направлении (L) и поперечном направлении (Q).

4. Система искателей по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что каждый держатель искателей в области (237) скользящей опоры, которая будет обращена к исследуемому образцу, имеет форму, предусматривающую переднюю часть (233), являющуюся опережающей во время проведения контроля, и заднюю часть (234), являющуюся запаздывающей во время проведения контроля, причем передняя и задняя части смещены относительно друг друга в продольном направлении (L) и поперечном направлении (Q).

5. Система искателей по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что каждый держатель искателей в области (237) скользящей опоры, которая будет обращена к исследуемому образцу, имеет форму, частично или на всем протяжении наклонную по отношению к продольному направлению (L) и поперечному направлению (Q).

6. Система искателей по п. 4, отличающаяся тем, что в каждом держателе (200) искателей между передней частью (233) и задней частью (234) расположена средняя часть (235), причем передняя и задняя части смещены относительно друг друга в продольном направлении (L) и поперечном направлении (Q), а средняя часть (235) наклонена относительно продольного направления (L) и поперечного направления (Q).

7. Система искателей по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что каждый держатель искателей в области (237) скользящей опоры, которая будет обращена к исследуемому образцу, имеет форму, являющуюся, по существу, точечно-симметричной относительно центра (Z) симметрии, расположенного посередине между передней кромкой (231) и задней кромкой (232), и не являющуюся зеркально симметричной относительно продольного направления (L) или поперечного направления (Q).

8. Система искателей по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что первая полоса (PS1) контроля и вторая полоса (PS2) контроля зон (245-1, 245-2) искателей держателя (220) искателей переходят друг в друга без пробела и, тем самым, формируют общую полосу (PSG) контроля искателей, размещенных в этом держателе искателей, причем ширина этой общей полосы контроля превышает ширину (В) держателя (200) искателей, измеренную в поперечном направлении (Q) в его наиболее широком месте.

9. Система искателей по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что в каждой из зон искателей держателя (200) искателей расположена группа (242) искателей, содержащая несколько искателей (240), расположенных со смещением относительно друг друга в продольном направлении (L) и поперечном направлении (Q) таким образом, чтобы эффективная ширина контроля зоны искателей превышала отдельную ширину контроля каждого искателя.

10. Дефектоскоп (100) для неразрушающего контроля материала путем перемещения исследуемого образца (110) относительно системы (200) искателей дефектоскопа (100) в направлении (113) проведения контроля, отличающийся тем, что дефектоскоп (100) содержит только одну систему (200) искателей по одному из предыдущих пунктов.