Устройство для неразрушающего контроля внутренних поверхностей цилиндрических отверстий

Устройство относится к неразрушающему контролю изделий. Устройство предназначено для дефектоскопии внутренней поверхности объектов контроля (далее по тексту - ОК ), имеющих цилиндрическую внутреннюю поверхность, или ОК, имеющих резьбу на внутренней поверхности цилиндрического отверстия, на наличие трещин и других несплошностей.
Ближайшим аналогом к предлагаемому техническому решению является Вихретоковый преобразователь для дефектоскопии глухих отверстий и труб ( Авторское свидетельство SU 555332 A1).
Основное отличие предлагаемого устройства от аналога в том, что траектория движения вихретокового преобразователя ( далее по тексту ВТП) задается с помощью резьбы.
Целесообразно проводить контроль не по многозаходной траектории, как в аналогичном предложении, а проводить контроль только одним ВТП. Так как вихретоковый контроль можно проводить на высоких скоростях, то нет необходимости обрабатывать параллельные потоки информации от нескольких ВТП.
Основная идея состоит в том, чтобы использовать резьбу, как упорядоченную винтовую линию, имеющую определенный шаг, в которой угол поворота детали по резьбе жестко связан с поступательным движением этой детали вдоль резьбы, для задания траектории движения измерительного инструмента. Движение детали по резьбе легко преобразовать в движение измерительного инструмента по винтовой линии, построенной по внутренней поверхности объекта контроля. Жестко согласованные между собой поступательное и вращательное движения однозначно связывают между собой линейные и угловые координаты датчика, что дает возможность определения точной координаты дефекта на визуально невидимой для дефектоскописта внутренней поверхности ОК.
Шаг резьбы, которая задает траекторию движения, должен быть таким, чтобы зоны контроля ВТП перекрывались. Для увеличения разрешения вместе с уменьшением площади зоны контроля ВТП соответственно должен быть уменьшен шаг резьбы, задающей траекторию движения.
Строгое задание траектории позволяет производить контроль не только гладкой внутренней поверхности отверстия, но и проводить контроль резьбы на внутренней поверхности цилиндра.
В качестве измерительного инструмента используются накладные ВТП, что в отличие от проходных ВТП дает возможность оценки не интегральной характеристики контролируемого параметра по поперечному сечению, а возможность выявлять мелкие дефекты с высокой разрешающей способностью.
Основными деталями устройства ( см. Фиг. 1 и Фиг. 2 ) являются насадка (1), шпилька с резьбой (2) и держатель (3) с накладным ВТП (4). В самом простом варианте ( см. Фиг. 1 ), когда устройство предназначено для контроля отверстия строго определенного диаметра, насадка (1) представляет собой ступенчатый цилиндр. На одной стороне насадка имеет ступеньку в виде цилиндра, имеющего диаметр равный диаметру контролируемого отверстия, для установки ПМ точно по центру контролируемого отверстия. ( см. Фиг. 2 ). Чтобы ступенька не сокращала зону контроля, размер ступеньки должен укладываться в зону действия краевого эффекта. Насадка имеет сквозное отверстие с внутренней резьбой (см. Фиг.2). Шпилька (2) имеет внешнюю резьбу, ответную внутренней резьбе насадки. Держатель (3) закреплен на торце шпильки таким образом, чтобы между ВТП (4) и стенкой контролируемой поверхности (5) имелся определенный зазор. Зазор между ВТП и поверхностью ОК определяется, исходя из характеристик ВТП.
Держатель должен быть закреплен так, чтобы угол между ВТП и образующей поверхности цилиндра был равен 90 градусов ( см. Фиг. 2 ). В перпендикулярной плоскости ( см. Фиг. 3 ) кривая линия поверхности цилиндра будет симметрична относительно ВТП. Таким образом, при движении ВТП вдоль поверхности не будет возникать ложных сигналов.
Конструкция для меньшего веса вместо сплошного цилиндра может иметь деталь с внутренней резьбой и отдельно посадочное кольцо. Устройство может ставится в рабочее положение с помощью посадочного кольца со ступенькой (Фиг. 4). Фиксация полезной модели на ОК может осуществляться с помощью механических захватов. В случае, если ОК сделан из ферромагнитных материалов, для фиксации устройства над отверстием можно применять электромагниты ( Фиг. 7 ).
Если из технико-экономических условий есть необходимость делать устройство не конкретно для определенного изделия, а более универсальные устройства для разных изделий с разбивкой на диапазоны применения ( с разбивкой на интервалы номинальных размеров контролируемых отверстий ), то вместо посадочного кольца можно применить механизм с зажимами ( см. Фиг. 5 и Фиг. 6 ). В этом случае держатель измерительного инструмента должен также иметь механизм настройки на диаметр отверстия.
Если отверстия имеют большую длину, недостаточная продольная жесткость шпильки или люфт шпильки в резьбе насадки могут не обеспечить равномерный зазор между ВТП и стенкой ОК при повороте держателя ВТП. В этом случае устройство должно быть дополнено роликами, которые должны центровать конец шпильки с держателем ВТП строго на оси контролируемого отверстия ( см. Фиг. 8 ).
При контроле внутренней резьбы устанавливать устройство на отверстие можно с помощью ступеньки с диаметром равным внутреннему диаметру резьбы или с помощью резьбы, нарезанной на ступеньке насадки. Резьба на ступеньке позволит не только центрировать насадку по оси контролируемого отверстия, но и закрепить насадку на контролируемом изделии. ( см. Фиг. 9 ). Для контроля внутренней резьбы шаг резьбы шпильки должен совпадать с шагом контролируемой резьбы. Чтобы из-за сложного профиля резьбы не было ложных сигналов, необходимо предусмотреть вкладыши на ВТП и прижимную пружину ( см. Фиг. 10 и Фиг. 11 ). Вкладыши обеспечивают симметричное положение ВТП относительно профиля контролируемой резьбы, при этом не будет возникать ложных сигналов.
Если контролируемым параметром является чистота обработки поверхности, а отклонения от размеров диаметра не принимается в расчет, необходимо обеспечить строго одинаковое расстояние между катушками ВТП и поверхностью объекта контроля. Это можно обеспечить применением ВТП карандашного типа и плотным касанием щупа к поверхности ОК с помощью прижимной пружины ( см. Фиг. 12 ).
Краткое описание чертежей.
На Фиг. 1 изображена насадка в виде ступенчатого цилиндра, где обозначено:
1 – насадка.
Насадка представляет из себя деталь с внутренней резьбой. На нижней стороне деталь имеет цилиндрическую ступеньку. Высота ступеньки должна быть меньше длины зоны краевого эффекта.
На Фиг. 2 изображены основные элементы конструкции устройства, установленного в рабочее положение на объекте контроля, где обозначено:
2 - шпилька с резьбой.
3 - держатель измерительного инструмента.
4 - вихретоковый преобразователь.
5 - объект контроля.
Объект контроля условно показан, как пустотелый цилиндр.
Ступенька в виде цилиндра вставляется в контролируемое отверстие и таким образом точно центрует устройство по продольной оси контролируемого отверстия.
Шпилька показана условно не вкрученной в насадку.
На внешнем торце шпильки необходимо предусмотреть установку воротка для удобства вращения шпильки (условно не показано).
При вращении шпильки по внутренней резьбе насадки суперпозиция вращательного и поступательного движений держателя направит ВТП по винтовой линии, построенной вдоль внутренней поверхности контролируемого отверстия. Шаг резьбы должен обеспечивать перекрытие границ контролируемых участков.
На Фиг. 3 - показан разрез для Фиг. 1
Держатель (3) с ВТП (4) закреплен на торце шпильки (2). ВТП поворачивается вокруг продольной оси отверстия вместе с вращающейся шпилькой.
На Фиг. 4 показана деталь насадки в виде кольца со ступенькой, где обозначено:
6 - кольцо со ступенькой.
D - диаметр контролируемого отверстия.
На Фиг. 1 насадка выполнена как ступенчатый цилиндр. Чтобы сделать устройство более легким, целесообразно иметь насадку, состоящую из детали с внутренней резьбой и детали в виде кольца со ступенькой, которое точно садится в размер контролируемого отверстия.
На Фиг. 5 и Фиг 6 показан вариант посадки в рабочее положение универсального устройства ( устройства с разбивкой на диапазоны применения для разных номинальных размеров диаметров контролируемых отверстий ), где обозначено:
7 - деталь с направляющими пазами.
8 - зажимы, имеющие ступеньки для посадки на край контролируемого отверстия.
На Фиг. 5 зажимы (8) не выдвинуты: устройство может двигаться относительно объекта контроля. На Фиг . 6 зажимы (8) выдвинуты: устройство зафиксировано в рабочем положении по оси контролируемого отверстия.
Механизм подачи зажимов условно не показан.
На Фиг. 7 показан вариант фиксации ПМ с помощью электромагнитов в случае контроля ОК из ферромагнитных материалов, где обозначено:
9 - электромагнит.
Объект контроля (5) показан условно пунктирной линией.
На Фиг. 8 показан вариант ПМ в случае контроля ОК с длинными отверстиями, где обозначено:
10 - держатель ролика.
11 - поворотный кронштейн ролика.
12 - ролик.
13 - ось для поворота кронштейна.
При длинных отверстиях имеется задача обеспечить равномерный зазор между ВТП и стенкой ОК при повороте держателя ВТП. На Фиг. 8 показаны дополнительно ролики, обеспечивающие положение конца шпильки строго по центру оси контролируемого отверстия. На Фиг. 8 показан не универсальный вариант, а вариант крепления роликов для определенного диаметра контролируемого отверстия.
Касательная к винтовой линии траектории измерительного инструмента образует во всех ее точках определенный ( не равный 90 градусам ) угол с образующей цилиндра. Этот угол постоянный, но, чтобы ролики не перекашивало, необходимо, чтобы кронштейн 11 мог поворачиваться вокруг оси 13. Для этого необходимо предусмотреть поворотное смещение ролика ( некоторое расстояние между осью поворота кронштейна 13 и линией проходящей через ось ролика 12 ).
На Фиг. 9 показан контроль внутренней резьбы.
Ступенька насадки имеет виток резьбы, соответствующий контролируемой резьбе. С помощью этого витка насадка устанавливается по центру контролируемого отверстия. Шпилька имеет тот же шаг резьбы, как и контролируемая резьба. При повороте шпильки по внутренней резьбе насадки ВТП проходит соответствующий виток резьбы по контролируемой резьбе.
На Фиг. 10 показан вкладыш для ВТП для контроля канавки резьбы, где обозначено:
14 - прижимная пружина.
15 - контур витка контролируемой резьбы.
16 - вкладыш для контроля канавки витка контролируемой резьбы.
Вкладыш 16 , повторяя форму профиля канавки витка, вместе с прижимной пружиной 14 позволяет щупу точно находится в точке рабочего положения. Симметричное положение ВТП относительно профиля резьбы не позволит возникнуть ложному сигналу.
На Фиг. 11 показана вкладыш для ВТП для контроля вершины резьбы, где обозначено:
17 - вкладыш для контроля вершины витка контролируемой резьбы.
На витке ( Фиг. 10 вверху ) щуп ВТП, сместившийся за счет люфта, создаст ложные сигналы из-за краевого эффекта. Вкладыш, повторяющий форму профиля вершины резьбы, выровняет симметричное положение щупа ( Фиг. 10 внизу ).
На Фиг. 12 изображены вариант контроля чистоты обработки поверхности ОК, где обозначено:
18 - поршень, в котором размещен ВТП.
Чтобы обеспечить плотное касание щупа во всех точках поверхности ОК, применен карандашный тип держателя измерительного инструмента с поршнем и пружиной внутри держателя. При повороте держателя вместе со шпилькой конец щупа всегда прижат к поверхности ОК, при этом расстояние от возбуждающей и измерительной катушек до поверхности ОК всегда обеспечивается постоянным.