ВИБРАЦИОННЫЙ ДЕФЕКТОСКОП

Относится к классу G 01 N 29/04-29/14 "Дефекты, обнаружение с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний".
В данном классе широко представлены дефектоскопы, использующие вибрационные колебания для определения местонахождения дефекта. (См. Паврос С.К. "Ультразвуковые методы и аппаратура для контроля толстолистового проката." Техническая акустика. М. Машиностроение. 1992 г. T.1. Вып.2., RU №2231783 С2 7 G 01 N 29/04, RU №2206888 C1 7 G 01 N 29/04, и т.д.)
Указанные дефектоскопы, как правило, имеют сканирующую головку, содержащую генератор колебаний и датчик - приемник колебаний. Местонахождение дефекта определяется по отраженному вибрационному сигналу в процессе перемещения сканирующей головки по поверхности исследуемого объекта.
Однако, в некоторых ситуациях, бывает важно определить не столько местонахождение дефекта (путем длительной процедуры поиска), как сам факт наличия дефекта в изделии. Например, для того, чтобы его отбраковать.
Эту задачу может решить дефектоскоп, представленный в данной заявке, который является развитием полезной модели RU №47106 U1 G 01 N 29/04 Нариманов М.В., Нариманов Т.В. "Вибрационная система контроля состояния объекта".
Суть заключается в следующем. На участок поверхности объекта, в котором предполагается контролировать появление дефектов, устанавливается группа датчиков вибраций. Генератором колебаний в материале объекта возбуждаются вибрационные колебания. Установленные датчики воспринимают колебания, распространяющиеся в материале, из которого изготовлен объект или исследуемая его часть. Сигналы от датчиков поступают в блок-анализатор, в котором сравниваются между собой (аналоговыми средствами или программными средствами на микроконтроллере после преобразования сигналов от датчиков в цифровую форму представления с помощью АЦП).
Если на исследуемом участке отсутствуют нарушения сплошности материала (дефект), сигналы от датчиков будут примерно одинаковыми. Если на исследуемом участке есть трещины, раковины или иные нарушения сплошности материала, распространение вибрационных волн в районе установки датчиков не будет равномерным, поскольку указанные дефекты являются препятствием для распространения вибрационных волн. Сигналы от датчиков будут не одинаковыми, что зафиксирует блок-анализатор и сообщит о наличии дефекта.
Разумеется, в реальности, сигналы датчиков могут различаться и в случае отсутствия дефектов. Причины могут быть разными: различие в контакте с поверхностью объекта, различие реальных характеристик датчиков, особенности конфигурации объекта, и так далее.
Чтобы избежать влияния причин, не обусловленных наличием дефекта, проводится балансировка сигналов датчиков. В исходном состоянии датчики устанавливаются на участок поверхности не имеющий дефектов. Создают вибрационные колебания в материале. Сравнивают с помощью блока-анализатора сигналы датчиков между собой. Если они отличаются - выравнивают, путем умножения на весовые коэффициенты.
Весовые коэффициенты для сигналов датчиков могут быть введены с помощью аналоговых компенсаторов (усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, потенциометров и т.д.). Или, в случае преобразования сигналов датчиков с помощью АЦП в цифровую форму представления, программными средствами (на микроконтроллере).
Кроме того, чтобы отсечь несущественные причины расхождения сигналов, помимо балансировки, вводится порог для расхождений сигналов датчиков. И только в том случае, когда расхождение сравниваемых сигналов датчиков превысит установленный порог, выдается сообщение о наличии дефекта. Сообщение может выдаваться в виде
индикации, звукового сигнала, или электрического управляющего сигнала для управления другими устройствами.
Функции порогового элемента могут быть реализованы аналоговыми средствами (например, с помощью компаратора, на один вход которого подается результат сравнения, а на другой - устанавливаемый сигнал с потенциометра). Или программными средствами (на микроконтроллере).
Датчики дефектоскопа, в отличие от системы RU №47106 U1, соприкасаются с поверхностью исследуемого объекта лишь на время диагностической процедуры, когда определяется наличие или отсутствие дефекта (нарушение сплошности в материале, охваченной датчиками поверхности объекта).
При этом, каждый датчик из группы может устанавливаться на поверхность объекта индивидуально (на вакуумных присосках, магнитных и т.д.).
Или сразу всей группой, если они закреплены на некоторой раме или иной общей основе. Что, возможно, имеет смысл в случае, когда контролируются однотипные объекты некоторой серии.
Кроме того, возможен вариант, когда несколько датчиков (два - четыре) могут быть собраны в одну "головку", в которой каждый датчик отделен от соседнего изолирующей перегородкой (с целью уменьшения влияния датчиков друг на друга). Причем, датчики должны быть собраны таким образом, чтобы их чувствительные поверхности, воспринимающие вибрационные колебания от объекта, соприкасались с поверхностью объекта одновременно, как один чувствительный элемент (выровнены и жестко закреплены). С помощью такой "головки", перемещая ее по поверхности объекта, можно будет определять местонахождение дефекта.
В принципе, дефектоскоп может иметь в комплекте все три перечисленных группы датчиков или некоторые из них. В этом случае, все группы датчиков должны иметь одинаковую часть разъема, чтобы подключаться к одному и тому же разъему на блоке-анализаторе (см. фиг.).
Фиг. - Блок-схема "Вибрационного дефектоскопа", на которой:
- 1 - датчики,
- 2-1 - прямая часть разъема группы датчиков или "головки",
- 2-2 - ответная часть разъема (для группы датчиков или "головки") на блоке-анализаторе (входной разъем),
- 3 - блок-анализатор,
- 4 - генератор вибрационных колебаний.
После подключения к блоку-анализатору группы датчиков или "головки", переключателем на блоке-анализаторе устанавливается соответствующий режим, учитывающий количество задействованных датчиков, поскольку количество датчиков в группе или "головке" может быть разным и блок-анализатор должен обрабатывать информацию, поступающую через входной разъем, только от задействованных датчиков.
Возможен вариант с автоматической настройкой блока-анализатора на режим работы, учитывающий только задействованные датчики. Для этого необходимо произвести опрос наличия сигналов на контактах входного разъема. Например, с помощью чувствительной триггерной схемы (при необходимости, имеющей усилитель и формирователь перед установочным входом), срабатывающей от импульса. А в случае цифровой обработки информации от датчиков, проверять отличие от нуля значение информации, поступившей с каждого контакта входного разъема.
После определения наличия сигналов на контактах входного разъема блок-анализатор может переключиться на обработку информации только с задействованных датчиков.
Балансировка сигналов датчиков может производиться время от времени или перед циклом диагностических процедур. Для этого датчики устанавливают на поверхность, заведомо не имеющую дефектов, подают колебания от генератора и осуществляют балансировку вводом соответствующих весовых коэффициентов.
После этого можно приступать к диагностике.
Процедура диагностики заключается в следующем. На поверхность контролируемого объекта устанавливают датчики (каждый индивидуально или сразу группу датчиков, закрепленных на общей основе) и генератором колебаний возбуждают в материале объекта вибрации. Если контролируемая часть объекта не имеет нарушений сплошности материала, баланс во время диагностической процедуры не нарушается. Блок-анализатор сообщает, что дефектов нет.
Наличие нарушений сплошности материала контролируемого участка приводит к нарушению баланса сигналов датчиков и блок-анализатор выдает сообщение о наличии дефекта.
Контроль серийных изделий может осуществляться следующим образом.
На поверхности контрольного (исправного) серийного изделия устанавливаются датчики вибраций. Генератором возбуждаются в изделии вибрационные колебания. Выполняется балансировка сигналов датчиков. Далее приступают к процедуре контроля очередной партии изделий данной серии. Для этого последовательно на каждом изделии устанавливают датчики вибраций (в тех же точках, что и на контрольном изделии при балансировке). Генератором (который устанавливают в той же точке, что и при балансировке) возбуждают колебания в изделии. Блок-анализатор выдает сообщение о наличии или отсутствии дефекта.
Если несколько датчиков собраны в одну "головку", расстояние между ними незначительно (равно толщине изолирующей перегородки между ними). По этой причине разность в сигналах датчиков "головки" (нарушение баланса) может возникнуть лишь когда "головка" будет находиться над местом нарушения сплошности материала (над дефектом). Это дает возможность, перемещая "головку" с несколькими датчиками по поверхности объекта, определять с ее помощью местонахождение дефекта.
Имея в комплекте дефектоскопа группу датчиков, размещаемых по площади, и "головку", можно с помощью одного дефектоскопа решать две задачи:
- диагностировать наличие дефекта на некоторой площади,
- определять местонахождение дефекта.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание нового средства из арсенала дефектоскопов, использующих звуковые и ультразвуковые колебания, обладающего возможностью диагностировать наличие дефекта на некоторой площади и, при необходимости, определять местонахождение дефекта.