УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТОПОРОШКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля методом магнитопорошковой дефектоскопии и может применяться в качестве специализированной установки неразрушающего контроля деталей машиностроения.
Из описания к патенту на полезную модель RU №41155 известна установка, обеспечивающая обнаружение дефектов любых изделий из ферромагнитных материалов, в том числе сложной формы. (В дальнейшем вместо термина «изделие» используется термин «деталь» ввиду того, что на установках дефектоскопии контролируются, как правило, изделия, являющееся частью машины, изготовленные из однородного по структуре и свойствам материала без применения каких-либо сборочных операций, т.е. контролируются детали.)
Известная установка содержит средство продольного намагничивания, средство циркулярного намагничивания, систему обработки поверхности детали суспензией, ультрафиолетовый облучатель, систему видеорегистрации контролируемой поверхности детали, связанную с компьютером.
Система обработки поверхности детали суспензией состоит из двух замкнутых контуров циркуляции, обеспечивающих соответственно перемешивание обрабатывающей среды и полив поверхности детали. Средство продольного намагничивания выполнено в виде соленоида, приводимого в движение механически. Средство циркулярного намагничивания содержит два электрода, предназначенных для пропускания тока намагничивания по детали и для удержания детали с помощью приводного средства, зажимающего деталь между данными электродами. Известная установка обеспечивает автоматический поиск дефектов, обработку и архивирование изображений всей поверхности контролируемой детали с использованием соответствующих средств при согласованном поступательном движении видеокамеры и вращательном движении детали вокруг своей оси. Сигнал видеоизображения обрабатывается процессором с установленной программой автоматического поиска дефектов контролируемой детали с использованием программного обеспечения для вычисления градиентов яркости изображений и построения топографически замкнутых областей.
Установка по патенту RU №41155 выбрана в качестве ближайшего аналога к заявляемой полезной модели.
При использовании известной установки выявляются отдельные проблемы, связанные с контролем массивных деталей сложной формы, например, боковых рам вагонов и надрессорных балок, применяемых в тележках железнодорожных вагонов.
Возможность закрепления контролируемой детали путем ее зажима токоподводами (электродами) ограничивается максимальным весом контролируемой детали, при котором материал токоподвода (например, медь) начинает разрушаться, исчерпав свои прочностные свойства.
При пропускании токов циркулярного и продольного намагничивания система полива суспензией выполняет функцию нанесения суспензии на контролируемую деталь. В процессе нанесения суспензии происходит отекание данной среды по поверхности детали, на которой уже сформировался индикаторный рисунок выявляемых дефектов и, напротив, - в полостях и углублениях детали образуется скопление суспензии, препятствующее образованию индикаторного рисунка. Данный фактор отрицательно влияет на достоверность контроля. Кроме того, деталь сложной формы содержит труднодоступные зоны: скрытые поверхности, включая полости и углубления, которые не доступны для обработки суспензией в штатном режиме.
В описании к патенту RU №41155 не содержатся сведения о средстве, влияющем на возможность контроля деталей различной длины.
Таким образом, ограничения в применении известной установки явились причиной создания полезной модели для решения задачи:
- повышения адаптивности установки для контроля деталей различной формы, отличающихся по длине;
- повышения достоверности и оперативности контроля деталей;
- повышения надежности работы установки.
Поставленная задача решается тем, что установка для магнитопорошковой дефектоскопии деталей сложной формы включает станину с установленными на ней неподвижным и подвижным приводными вращателями с соответствующими токоподводами для подвода тока циркулярного намагничивания, средство для продольного намагничивания, выполненное в виде соленоида с кольцевым корпусом, установленным на первой каретке продольного перемещения, средство для подачи суспензии с элементами выпуска суспензии, связанное через магистраль подвода суспензии с емкостью для хранения и приготовления суспензии, пространственную раму с ультрафиолетовым осветителем и цифровой фотокамерой для фиксирования информации об индикаторном рисунке контролируемой детали, при этом элементы выпуска суспензии установлены на кольцевом корпусе соленоида и равномерно распределены по окружности, каждый вращатель содержит корпус со шпинделем и установленной на нем планшайбой, на которой закреплен сменный держатель, предназначенный для установки концевого участка контролируемой детали, содержащий опорный элемент с поверхностью, адаптированной к форме концевого участка контролируемой детали, при этом подвижный вращатель установлен на второй каретке продольного перемещения, пространственная рама установлена на третьей каретке продольного перемещения, первая и вторая каретки установлены на одной паре внутренних направляющих, расположенных между внешними направляющими другой пары, на которых установлена третья каретка, причем  размеры пространственной рамы выбраны из условия обеспечения свободного прохождения соленоида в проеме данной рамы; установка оснащена связанным с цифровой фотокамерой компьютером, содержащим запоминающее устройство, устройство вывода информации.
Различные аспекты выполнения полезной модели заключаются в следующем.
Каждый токоподвод включает основные контактные элементы, связанные с корпусом соответствующего вращателя, диск с закрепленным на его поверхности токопроводящим элементом, предназначенным для взаимодействия с концевым участком контролируемой детали, при этом диск жестко установлен на шпинделе электрически изолированным от него с возможностью взаимодействия с основными контактными элементами при подаче тока циркулярного намагничивания.
Токоподвод подвижного вращателя содержит дополнительные электрические контакты, электрически связанные с основными контактами и взаимодействующими с шиной, расположенной вдоль станины.
Каждый сменный держатель снабжен рычажными фиксаторами, предназначенными для обеспечения жесткой фиксации соответствующего концевого участка контролируемой детали с боковых сторон и сверху.
На корпусе соленоида съемно прикреплено дополнительное средство для подачи суспензии, связанное с подающей магистралью и предназначенное для использования оператором вручную.
На пространственной раме съемно прикреплен дополнительный ультрафиолетовый осветитель, предназначенный для использования оператором вручную.
На пространственной раме установлен пульт управления, электрически связанный с приводными средствами.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Для совершения манипуляций над деталью заявляемая установка содержит два вращателя с соответствующим держателями, предназначенными для установки концевых участков детали. Держатели, представляющие собой сменные элементы, закреплены на планшайбах, которые, в свою очередь, установлены на шпинделях соответствующих вращателей.
Для фиксации концевого участка контролируемой детали в устойчивом положении сменный держатель включает опорный элемент с поверхностью, адаптированной к форме поверхности контролируемой детали. Наличие данного опорного элемента приводит к возможности точной и удобной установки детали. Для осуществления манипуляций над деталью сменные элементы содержат рычажные фиксаторы, установленные так, чтобы обеспечивать жесткую фиксацию контролируемой детали с боковых сторон и сверху.
Таким образом, повышение надежности работы установки обеспечивается новыми средствами - сменными держателями, предназначенными для закрепления концевых участков детали на вращателях без необходимости удержания детали за счет усилия прижима к электродам. Наличие сменных держателей привносят также результат, заключающийся в повышении адаптивности установки для контроля деталей любой формы.
Для контроля деталей сложной формы различной длины один из вращателей устанавливается подвижно с возможностью продольного перемещения; для продольного перемещения подвижного вращателя используется каретка в соответствующих направляющих станины.
Что касается токоподвода для пропускания тока циркулярного намагничивания, то данную функцию выполняют соответствующие средства, установленные на вращателях. Так, на корпусе каждого вращателя установлены основные токоподводы, выполненные, например, в виде щеток, а на шпинделе жестко закреплен диск с токоподводом, предназначенным для взаимодействия с соответствующим концевым участком детали. При повороте вращателей с установленной деталью диски также совершают поворот, выполняя функцию промежуточного элемента от неподвижных основных контактов, взаимодействующих скользящим контактом с поворачивающимся диском, и токоподводов, взаимодействующих непосредственно с деталью.
Принимая во внимание наличие подвижного вращателя, токоподвод данного вращателя содержит дополнительные электрические контакты, электрически связанные с основными контактами и взаимодействующими с расположенной вдоль станины шиной. При перемещении подвижного вращателя в необходимое положение, обусловленное длиной контролируемой детали, дополнительные электрические контакты скользят вдоль шины, обеспечивая подвод тока циркулярного намагничивания к контролируемой детали.
Токоподводы подсоединяются к внешнему источнику электроэнергии.
Для полива суспензией поверхности контролируемой детали элементы выпуска этой среды установлены, например, по внутренней круговой поверхности корпуса соленоида с равномерным распределением по окружности. Такое решение обеспечивает радиальное направление потоков суспензии в сторону контролируемой детали, приводящее к равномерному распределению суспензии по поверхности детали, доступной для обработки. Очевидно, что при радиальном направлении потоков суспензии в сторону контролируемой детали нет необходимости в повороте или вращении данной детали, что энергетически более выгодно. Элементы выпуска суспензии могут быть выполнены, например, в виде форсунок.
Контролируемая деталь подвергается поливу суспензией по участкам, вдоль которых проходит соленоид. При этом каждый обрабатываемый (подвергающийся поливу) суспензией участок находится в зоне устойчивой намагниченности по величине и направлению по сравнению со смежным участком вне зоны пропускания тока продольного намагничивания (иными словами, вне зоны нахождения соленоида). Следовательно, для выявления индикаторного рисунка дефектов всей детали применяется единый режим намагниченности, что повышает степень достоверности контроля.
Для перемещения первой каретки с соленоидом и каретки с подвижным вращателем (обозначаемой как вторая каретка) на станине установлена пара направляющих, т.е. первая и вторая каретка перемещаются по одной и той же паре продольных (относительно станины) направляющих, называемых внутренними направляющими.
На другой паре продольных направляющих, так называемых внешних направляющих станины, установлена третья каретка с пространственной рамой.
Взаимное расположение направляющих станины обеспечивает независимое перемещение соленоида и пространственной рамы воль контролируемой детали.
Пространственная рама выполняет функцию вспомогательного элемента, обеспечивающего удобство контроля детали. На несущих элементах рамы установлены цифровая фотокамера, предназначенная для фиксирования информации об индикаторном рисунке дефектов контролируемой детали, и ультрафиолетовый стационарный осветитель.
Из-за особенностей деталей сложной формы, содержащих зоны поверхности, которые труднодоступны для обработки суспензией при поливе в штатном режиме, очевидна необходимость дополнительного контроля таких зон. Для этой цели на корпусе соленоида съемно прикреплено дополнительное средство для подачи суспензии, связанное с подающей магистралью, а на пространственной раме съемно прикреплен дополнительный осветитель. Указанные средства предназначены для использования оператором вручную.
На пространственной раме целесообразно установить пульт управления, электрически связанный с приводными средствами.
Для контроля труднодоступных или проблемных (с точки зрения выявления индикаторного рисунка) зон поверхности детали оператор с пульта управления задает команды перемещения соленоида и пространственной рамы в необходимое положение. При этом соленоид, установленный в необходимое положение по длине детали, обеспечивает пропускание тока продольного намагничивания, а оператор, используя съемное средство для подачи суспензии, поливает суспензией труднодоступный участок детали. Независимое перемещение соленоида и пространственной рамы приводит к возможности установки рамы в любое положение по длине детали, удобное для осмотра проблемной зоны с использованием съемного дополнительного осветителя.
Таким образом, заявляемая установка обеспечивает взаимосвязанные технические результаты:
- достоверность контроля за счет возможности дополнительного контроля проблемных и/или труднодоступных зон поверхности детали с помощью съемных средств, используемых оператором вручную;
- оперативность контроля за счет возможности независимого перемещения пространственной рамы с фотокамерой, осветителями (стационарным и съемным) и соленоида; благодаря независимому перемещению пространственная рама и соленоид могут быть установлены в любое положение по длине детали, удобное для контроля проблемных и/или труднодоступных зон.
Эти и другие особенности полезной модели поясняются с помощью чертежей.
На фигуре 1 изображен общий вид заявляемой установки; на фигуре 2 - поперечный разрез установки.
Заявляемая установка может быть использована для контроля массивных деталей сложной формы, например, надрессорных балок, боковых рам тележек железнодорожных вагонов.
Установка для магнитопорошковой дефектоскопии деталей сложной формы содержит станину 1, установленные на станине 1 два приводных вращателя 2, 3 расположенные соосно напротив друг друга. Один вращатель 2 может быть установлен неподвижно, а другой - подвижный вращатель 3 - установлен с возможностью продольного перемещения относительно станины 1.
Каждый вращатель 2, 3 включает корпус 4 и шпиндель 5. В качестве приводных средств используются мотор-редукторы (на чертеже не показаны).
На шпинделе 5 вращателей 2, 3 установлена планшайба 6, на которой закреплен сменный держатель 7, предназначенный для установки концевых участков контролируемой детали, например, надрессорной балки 8 (последняя показана пунктиром). Для жесткой фиксации контролируемой детали 8 сменный держатель 7 снабжен рычажными фиксаторами 9, предназначенными для жесткой фиксации данной детали 8 с боковых сторон и сверху. Сменный держатель 7 включает опорный элемент 10, поверхность которого адаптирована к форме поверхности концевого участка контролируемой детали 8 (см. фиг.1). Сменный держатель 7 прикреплен к планшайбе 6 с помощью разъемного соединения, например, болтового соединения (на чертеже не показано). Таким образом, в заявляемой установке контролируемая деталь располагается между вращателями 2, 3 с жесткой фиксацией ее концевых участков в сменных держателях 7.
Средство циркулярного намагничивания выполнено в виде токоподводов, содержащих элементы 11, 12, 13, связанные с вращателями 2, 3. Так, указанными элементами являются: основные контактные элементы 11, которые выполнены в виде щеток (11), установленных на корпусе вращателей 2, 3; диск 12 установлен на шпинделе 5 и электрически изолирован от него элементами крепления (на чертеже не показаны), которые выполнены, например, из полимерных (нетокопроводящих) материалов. Электрическая изоляция предназначена для предотвращения утечки тока циркулярного намагничивания через конструктивные элементы установки, минуя контролируемую деталь.
Взаимное расположение диска 12 и щеток 11 выполнено таким образом, чтобы обеспечить взаимодействие щеток 11 с поверхностью диска 12 при пропускании тока циркулярного намагничивания. На поверхности диска 12 одним концом закреплен токопроводящий элемент 13, его свободный конец предназначен для непосредственного контакта с контролируемой деталью 8.
Для подачи тока циркулярного намагничивания от внешнего источника установка снабжена трансформатором 14. Один электрический вывод трансформатора 14 подсоединен к щеткам 11, установленным на вращателе 2, а второй конец - к шине 15, установленной вдоль станины 1. Щетки 11 вращателя 3 через дополнительные электрические контакты 16 взаимодействуют с шиной 15.
Средство продольного намагничивания представляет собой соленоид 17 в кольцевом корпусе.
Для возможности перемещения соленоида 17 между вращателями 2, 3 на станине 1 установлены направляющие 18, взаимодействующие с первой кареткой 19, на которой закреплен кольцевой корпус соленоида 17. Подвижный вращатель 3 установлен на второй каретке 20 в тех же направляющих 18. Подвижный вращатель 3, расположенный с одной стороны от соленоида 17, не оказывает влияния на его перемещение, оставаясь в крайнем положении с одной стороны от соленоида 17. Таким образом, соленоид 17 имеет возможность беспрепятственно перемещаться по направляющим 18 вдоль всей детали 8.
Направляющие 18 (внутренние направляющие 18) расположены между направляющими 21 другой пары (внешними направляющими 21).
На внешние направляющие установлена третья каретка 22 с пространственной рамой 23. Причем размеры пространственной рамы 23 выбраны из условия свободного прохождения соленоида 17 в проеме рамы 23. Пространственная рама 23 выполнена из металлических профилей, соединенных сварным соединением.
Элементы выпуска суспензии выполнены в виде форсунок 24 и установлены на внутренней цилиндрической поверхности кольцевого корпуса соленоида 17; форсунки 24 предназначены для распыления суспензии. Все форсунки 24 объединены одной магистралью 25 для подвода суспензии к емкости 26 для хранения и приготовления суспензии. Таким образом, средство для подачи суспензии установлено в кольцевом корпусе соленоида 17.
На корпусе соленоида 17 прикреплена съемно дополнительная форсунка 27 для использования оператором вручную.
На пространственной раме 23 установлены: стационарный ультрафиолетовый осветитель 28, дополнительный ультрафиолетовый осветитель 29 (прикрепленный к данной раме 23 съемно), цифровая фотокамера 30 для фиксирования информации об индикаторном рисунке контролируемой детали 8. На раме 23 также установлен пульт управления 31, электрически связанный с приводными средствами для обеспечения вращения или поворота вращателей 2, 3, а также для перемещения первой каретки 19 с соленоидом 17, второй каретки 20 с подвижным вращателем 3 и третьей каретки 22 с рамой 23.
Фотокамера 30 соединяется с компьютером кабелем передачи данных (на чертеже не показаны) для ввода в запоминающее устройство информации о фиксируемом индикаторном рисунке. Устройство вывода информации о рисунке дефектов выполнено в виде монитора и/или принтера (на чертеже не показано).
Установка работает следующим образом.
Надрессорная балка 8 устанавливается между вращателями 2, 3 с жесткой фиксацией ее концевых участков в сменных держателях 7. При этом соленоид 17 находится в отведенном положении вне зоны загрузки детали 8. Деталь 8 с помощью вращателей 2, 3 поворачивается в необходимое для контроля положение.
После того, как деталь 8 установлена, подается ток циркулярного намагничивания и контролируемая деталь электрически включается в цепь. Одновременно соленоид 17 начинает перемещение вдоль детали 8 по направляющим 21, обеспечивая пропускание тока продольного намагничивания. Полив детали 8 суспензией, распыляющейся из форсунок 24, происходит во время перемещения соленоида 17.
При прохождении соленоидом 17 части расстояния между концевыми участками контролируемой детали 8 на данном участке детали (на всей поверхности детали данного участка) происходит выявление рисунка дефектов детали. Для осмотра исследуемого участка детали оператор, управляя продольным перемещением пространственной рамы 23 с пульта 31, подводит ее к данному участку, включает стационарный осветитель 28, осматривает деталь и производит фиксирование индикаторного рисунка цифровой фотокамерой 30 для приобщения информации о дефектах к протоколу контроля.
При необходимости, вызванной сложностью формы контролируемой детали, оператор имеет возможность в любой момент времени дополнительно повернуть деталь 8 вращателями 2, 3, подвести соленоид 17 к труднодоступной зоне, затем обработать суспензией исследуемую зону с помощью съемной форсунки 27. Для локального освещения труднодоступного участка используется дополнительный съемный осветитель 29.
Следует отметить, что при повороте детали нет необходимости прекращать циркулярное намагничивание, т.к. щетки 11 взаимодействуют с дисками 12 скользящим контактом, не препятствуя повороту вращателей 2, 3. Такая возможность позволяет непрерывно поддерживать уровень намагниченности контролируемой детали 8 и тем самым удерживать уже имеющийся рисунок дефектов.
При контроле деталей, отличающихся по длине, подвижный вращатель 3 устанавливается в иное необходимое положение с возможностью стопорения каретки 20 с помощью соответствующего средства (на чертеже не показано).
Оценка результатов контроля происходит на основании информации о дефектах, полученных при выявлении индикаторного рисунка на всей поверхности детали, включая труднодоступные или проблемные зоны.
Использование заявляемой полезной модели обеспечивает следующие преимущества:
- повышение адаптивности установки для контроля деталей различной формы за счет наличия сменных элементов, обеспечивающих жесткую фиксацию концевых участков детали; возможность контроля деталей, отличающихся по длине за счет изменения положения одного из вращателей;
- повышение достоверности контроля детали за счет выявления индикаторного рисунка на последовательно расположенных участках контролируемой детали, каждый из которых находится в зоне устойчивой намагниченности (по величине и направлению);
- повышение оперативности контроля за счет независимого перемещения пространственной рамы и каретки, приводимых в необходимое положение вдоль контролируемой детали.