УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля устройств контроля состояния подвижного состава (УКСПС) в процессе их изготовления и эксплуатации на железных дорогах в устройствах сигнализации, централизации, и блокировки.
Уровень техники известен из технического решения, предназначенное для ультразвукового контроля изделий цилиндрической формы (патент RU 2180111, G01N 29/04, 2002 г.). Сущность решения состоит в том, что ультразвуковым датчиком дефектоскопа, перемещаемым по поверхности изделия, равномерно сканируют изделие по спирали с определенным шагом спирали и шагом сканирования, величины которых не превышают значения ширины ультразвукового луча, и формируют в памяти блока обработки информации и управления массив данных распределения эхосигналов с привязкой каждого измерения к соответствующей ему координате, фиксируют количество точек контроля, в которых обнаружен дефект, по совокупности координат этих точек определяют конфигурацию и местоположение дефекта и по определенной формуле рассчитывают площадь дефекта.
Известна установка для ультразвукового контроля сварных швов изделий сложной формы, содержащая основание, подвижно установленную на нем платформу и подвижно установленную на платформе каретку с манипулятором, акустическим блоком и прижимным устройством, при этом основание выполнено в виде обруча и одновременно является направляющей, платформа подвижно установлена на не менее чем на трех роликах и выполнена в виде сектора круга с дополнительной направляющей в виде дугообразной зубчатой рейки, размещенной в перпендикулярной основанию плоскости, каретка подвижно установлена на зубчатой рейке и снабжена электроприводом, соединенной с ним ведущей шестерней, кинематически связанной с зубчатой рейкой, и прижимными роликами, манипулятор выполнен в виде поворотного узла с шарнирно прикрепленным к нему ползуном, прижимное устройство установлено между кареткой и ползуном, а акустический блок закреплен на ползуне (SU 1272222, G01N 29/04, 1986 г.)
Известна также установка, принятая в качестве аналога, для ультразвукового контроля сварных соединений, включающая двухканальный УЗ-дефектоскоп, а также комбинированный излучающий наклонный преобразователь и идентичный ему приемный наклонный преобразователь, причем преобразователи содержат пьезоэлементы. Кроме того, установка содержит раздельно совмещенный преобразователь с излучающей и приемной пьезопластинами. Раздельно совмещенный преобразователь устанавливают на сварной шов так, что плоскость, в которой лежат ориентированные навстречу друг другу акустические оси пьезопластин, совпадает с плоскостью технологического непровара (SU 1439485, G01N 29/04, 1988 г.).
Указанные выше технические решения, в том числе и ближайший аналог, не предназначены для контроля УКСПС, имеющих множество деталей собранных в единую электрическую цепь и имеющие в своем составе контрольный элемент с участком возможного разрушения.
Задачей технического решения является получение достоверных сведений о техническом состоянии УКСПС, достигнутых в процессе сборки, что может быть использовано для оценки надежности УКСПС, установленных на железнодорожном пути и контроля состояния контрольной вставки УКСПС в процессе ее изготовления и в процессе эксплуатации.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве ультразвукового контроля, содержащем дефектоскоп, акустический блок, соединенный каналом связи с дефектоскопом, при этом дефектоскоп состоит из блока согласования, состоящего из предварительного усилителя, детектора, аналогового цифрового преобразователя, устройства сопряжения, синтезатора частоты и персонального компьютера, а акустический блок состоит из прижимного устройства, с установленными в нем раздельно, помещенными в оболочку из неметаллического материала, приемным и излучающим пьезокерамическими элементами, которые одной стороной присоединены к тыльной нагрузке, понижающей частоту колебаний пьезокерамического элемента, другой стороной присоединены к контактным элементам, имеющим частоту собственных колебаний выше частоты собственных колебаний пьезокерамического элемента, выполненных в форме пирамиды из прочного износостойкого материала, а предварительный усилитель обеспечивает усиление сигнала в полосе частот 1-100 кГц с коэффициентом усиления 10, детектор состоит из программируемого делителя, линейного усилителя с коэффициентом усиления 10, прецизионного выпрямителя, фильтра низких частот, синтезатор частоты обеспечивает задание выходной частоты с дискретностью не менее 0.003 Гц, держатель, позволяет прижимать контактные элементы к исследуемому образцу с усилием не менее 5Н.
Получение высокой достоверности качества сборки УКСПС достигается ультразвуковым контролем УКСПС, основанном на ультразвуковом резонансном методе и реализованном в данном устройстве. При этом в качестве информационных параметров используются значения резонансных частот контрольных вставок. Резонансная частота контрольной вставки изменяется при наличия в ней дефекта. В случае некачественной сборки, например, слабая затяжка гаек, или контактные поверхности вставки имеют малую площадь контакта с сопрягаемыми деталями, происходит уменьшение резонансной частоты контрольной вставки. Это является сигналом о необходимости проведения работы по поиску и устранению появившегося дефекта. Установка акустического блока, в прижимном устройстве позволяющего создавать постоянные усилия прижатия контактных элементов к исследуемому образцу, позволяет создавать идентичные условия получения сведений о качестве контрольной вставки и качестве сборки УКСПС, выполнение контактных элементов в виде пирамиды с острым концом, позволяют создать надежный акустический контакт на контрольном элементе УКСПС без предварительной подготовки поверхностей контакта, в любое время года на загрязненных и окисленных поверхностях, выполнение контактного элемента из прочного и износостойкого материала, увеличивает срок службы, позволяет, в случае необходимости, увеличить усилия прижатия к контролируемому образцу, без конструктивного изменения акустического блока. Устройство, при необходимости, может работать от автономного источника питания.
На фиг.1 - представлено расположение пьезокерамического элемента в акустическом блоке.
На фиг.2 - представлена структурная схема устройства.
На фиг.3 - держатель акустического блока;
В состав установки входят механоакустический блок, состоящий из акустического блока и механического держателя. Акустический блок состоит из пьезокерамического элемента 1, установленного одной стороной в тыловом балласте 2 и другой на наконечнике 3. Акустический блок помещен в неметаллическую оболочку 4, которая закреплена в механическом держателе 14. Акустических блоков два 5 и 6, один служит для передачи гармонических колебаний в определенной полосе частот (возбуждающих) на контрольную вставку 13, второй для принятия колебаний от контрольной вставки. Конструктивно оба блока выполнены идентично. Механоакустический блок предназначен для удержания пьезоэлементов на контрольной вставке, передачи и принятия ультразвуковых резонансных колебаний на контрольные вставки в процессе их контроля и при установке в УКСПС и в процессе контроля их в рабочем состоянии.
Колебания возбуждения пьезоэлементов и колебания пьезоэлементов полученные от контрольной вставки приходят и принимаются блоком согласования, состоящего из предварительного усилителя 7, детектора 8, аналогового цифрового преобразователя 9, устройства сопряжения с компьютером 10, синтезатора частоты 11. Блок согласования соединен с компьютером. Блок согласования и персональный компьютер предназначены для возбуждения пьезоэлементов в акустических блоках, принятия, обработки и хранении информации о дефектах контрольной вставки, нарушении акустического контакта в механических соединениях и отображения информации на экране.
Устройство работает следующим образом.
Держатель 14 устанавливается на контрольную вставку 13 УКСПС в определенном положении и посредством пружины акустические блоки 5 и 6 прижимаются к контрольной вставке 13. Акустический контакт обеспечивается с помощью внедрения контактного элемента 3 в испытуемый образец. На компьютере 12 отмечается начало контроля, набираются исходные параметры объекта контроля, и подается команда на проведение ультразвукового контроля контрольной вставки, при этом отслеживается наличие дефекта по величине расхождения резонансных частот контрольной вставки и эталонного значения, так же по величине расхождения резонансных частот оценивается качество акустического контакта между контрольной вставкой и сопрягаемыми деталями. Контролируемые сигналы воспроизводятся на компьютере 12, происходит их сравнение с эталонными значениями. Определение типа, характера дефекта, производится путем сравнения резонансных частот исследуемого образца с эталонными значениями, хранящимися в компьютере. Контроль может производиться как в полевых, так и в заводских условиях. Обслуживание устройства производится одним оператором.