УНИВЕРСАЛЬНОЕ КООРДИНАТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РУЧНОГО ДЕФЕКТОСКОПА

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для неразрушающего контроля в разных областях техники и предназначена для определения координат датчика контроля в процессе поиска дефектов на локальном участке поверхности объекта контроля, например, корпусов редукторов, трубопроводов, деталей или сборочных узлов морской или авиационной техники и пр.
Одной из областей применения заявляемого устройства является его использование в контрольно-измерительных устройствах для проверки состояния железнодорожного полотна, в частности, в ручных дефектоскопах, предназначенных для выборочного контроля дефектов по всему сечению рельса.
Заявляемое техническое решение относится к локальному неразрушающему контролю и может быть использовано как при контроле сварных стыков, крестовин, так и для уточнения данных о дефектах при вторичном контроле после вагона-дефектоскопа или автомотрисы.
Известно устройство ручного дефектоскопа для выборочного контроля отдельных сечений головки рельсов с целью обнаружения дефектов усталостного происхождения и оценки их реальных размеров, (httphttp://avionica-ndt.com/procl/a-17.pdf: дефектоскоп АВИКОН-17, см. приложение №1).
Известное устройство устанавливают на головку рельса и обеспечивают контроль и протоколирование только головки рельса, что не позволяет осуществлять контроль всего сечения рельса и значительно снижает область его применения.
За прототип принято координатное устройство, предназначенное для отслеживания траектории и мониторинга состояния датчика на плоскости, выполненное в виде механической системы двухмерной привязки координат типа «рука», в оси вращения которого встроены энкодеры. Устройство снабжено двухкоординатной системой позиционирования и осуществляет перемещение пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) на поверхности катания, на боковых поверхностях головки и шейки рельса, а также перьев подошвы, что позволяет проводить сканирование с требуемым шагом и запоминать в реальном режиме времени координаты залегания обнаруженных дефектов с построением томографического изображения. (http://www.votum.ru/ud4_ru/strel/; «Слайдер М1», см. приложение №2).
Недостаток прототипа заключается в том, что его необходимо переставлять и перекалибровывать при контроле на каждой плоскости объекта контроля.
Например, при работе на рельсе устройство необходимо переставлять и перекалибровывать пять раз на разные плоскости рельса: плоскость катания, боковая поверхность головки рельса, шейка рельса, перья подошвы.
Устройство двумерной привязки координат может работать в одном установленном положении только на одной плоскости. Если объект контроля содержит несколько плоскостей, то на каждую плоскость требуется перестановка устройства и новая перекалибровка, что ведет к неточности координирования, несовпадению точек координирования в одном сечении, и увеличивает трудоемкость работы и снижает достоверность работы координатного устройства.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении достоверности контроля объекта, снижении трудоемкости работы и расширении области использования координатного устройства.
Поставленная задача достигается благодаря тому, что универсальное координатное устройство для ручного дефектоскопа, размещенное на объекте контроля и содержащее, по крайней мере, один датчик контроля, выполнено в виде плоской рамы открытого типа, свободные концы которой установлены с возможностью поворота на опорных фиксаторах, закрепленных на объекте контроля, при этом на раме размещены два энкодера, каждый из которых снабжен тросиком, связанным с кассетодержателем, расположенным между энкодерами, в котором установлена кассета с размещенным в ней, по крайней мере, одним датчиком контроля, с возможностью его перемещения по поверхности объекта контроля.
Заявляемое координатное устройство для ручного дефектоскопа является универсальным, так как оно может быть применено для контроля как плоских, так и различных объемных объектов, в том числе с криволинейными поверхностями, что расширяет область его применения.
Наличие плоской рамы открытого типа, установленной на объекте контроля с возможностью поворота, позволяет осуществлять локальный контроль объекта не только на одной поверхности объекта, но на нескольких поверхностях объемного объекта контроля, то есть за одну установку опорных фиксаторов плоской поворотной рамы на объекте контроля позволяет контролировать все поверхности объекта контроля, например, рельса, что повышает точность привязки результатов контроля к конкретному поперечному сечению объекта, повышает достоверность объективного документа контроля по всему поперечному сечению объекта, который формируется по результатам замеров на отдельных поверхностях объекта контроля. Плоская поворотная рама координатного устройства, установленная на рельсе в наклонном положении, позволяет осуществлять контроль на поверхности катания рельса, а в вертикальном положении - контроль на всех остальных поверхностях рельса, а именно, на боковых поверхностях головки рельса, шейки рельса и на перьях подошвы.
Благодаря тому, что координатное устройство за одну установку опорных фиксаторов поворотной рамы на объекте обеспечивает возможность проведения контроля на разных поверхностях объекта и позволяет регистрировать результаты контроля по всему сечению рельса без его перемещения, значительно снижается трудоемкость осуществления контроля объекта в целом.
Наличие на поворотной раме двух энкодеров, между которыми размещен кассетодержатель, связанный с тросиками энкодеров, каждый из которых обеспечивает измерение линейных перемещений датчика контроля, позволяет определять положение датчика на объекте контроля не только на плоскости, но и в трехкоординатном пространстве, что обеспечивает расширение области применения координатного устройства для объемных объектов контроля и повышение достоверности определения координат, ориентации и размеров выявленных дефектов.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждена на примере конкретного осуществления.
Сущность полезной модели поясняется техническими рисунками, где
на фиг. 1 - изображено координатное устройство, установленное на головке рельса, при этом плоская рама установлена вертикально и кассетодержатель расположен на боковой поверхности головки рельса;
на фиг. 2 - плоская рама установлена наклонно, при этом кассетодержатель расположен на поверхности катания головки рельса;
на фиг. 3 - вид сбоку на фиг. 2;
на фиг. 4 - плоская рама установлена вертикально, при этом кассетодержатель расположен на шейке рельса;
на фиг. 5 - плоская рама установлена вертикально, при этом кассетодержатель расположен на пере подошвы.
Универсальное координатное устройство для ручного дефектоскопа выполнено в виде плоской рамы 1 открытого типа, свободные концы которой установлены с возможностью поворота на опорных фиксаторах 2, закрепленных на объекте контроля, в данном случае на рельсе 3. На раме 1 размещены два энкодера 4, снабженных тросиками 5. Каждый из энкодеров 4 представляет собой датчик измерения линейных перемещений датчика контроля с использованием гибкого стального троса малого диаметра, тросика 5. Тросики 5 связаны в одной точке с кассетодержателем 6, образуя замкнутую координатную систему. Кассетодержатель 6 расположен между энкодерами 4. В кассетодержателе 6 установлена кассета 7 с размещенным в ней датчиком контроля (на фиг. не показан), в данном случае это ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП). Кассетодержатель 6 предназначен для крепления и быстрой смены датчиков контроля. Для комплексного контроля объекта в кассету могут быть установлены датчики для обеспечения одновременного осуществления, например, ультразвукового, электромагнитно-акустического и вихретокового методов контроля. Кассета 7 с ПЭП установлена на одной из поверхностей объекта контроля - рельсе 3, с возможностью ее перемещения по этой поверхности. Координатное устройство устанавливают, позиционируют и удерживают на рельсе с помощью опорных фиксаторов 2, выполненных в данном случае магнитомеханическими. Для других объектов контроля опорные фиксаторы могут быть выполнены в виде, например, вакуумных фиксаторов.
Координатное устройство применяется совместно с ручным дефектоскопом в составе различных программ неразрушающего контроля. Ручной дефектоскоп снабжен компьютером и GPS-приемником (на фиг. не показаны).
Работает устройство следующим образом.
Для установки координатного устройства на объекте контроля устанавливают плоскую раму 1, для этого опорные фиксаторы 2 рамы 1 закрепляют на выделенном участке объекта 3. Раму 1 устанавливают в вертикальное или наклонное положение в зависимости от поверхности, с которой проводят контроль. Координатное устройство для ручного дефектоскопа предназначено для регистрации результатов ультразвукового контроля по всему сечению рельса 3: контроль перьев подошвы рельса осуществляют с их верхней поверхности, шейки и головки рельса - с боковых поверхностей и с поверхности катания. При этом координатное устройство позиционируют для определения его местонахождения в текущий момент времени. Кассету 7 с ПЭП устанавливают на поверхности контроля объекта 3 и вручную перемещают по поверхности, осуществляя диагностику выбранного локального участка объекта контроля. При движении кассетодержателя 6 и кассеты 7 с ПЭП изменяется длина каждого тросика 5, что регистрируется энкодерами 4. Автоматически по заданной программе производят геометрические вычисления, на основании чего определяют положение ПЭП на объекте контроля. На основе этих данных рассчитывается линейное перемещение ПЭП относительно базовой координаты привязки, калибровки. Таким образом всегда отслеживается местонахождение ПЭП, его координаты.
Координатное устройство, снабженное трехкоординатной системой позиционирования, позволяет проводить сканирование поверхностей с требуемым шагом и запоминать в реальном режиме времени координаты залегания обнаруженных дефектов с построением томографического изображения, что существенно повышает скорость контроля при одновременном повышении его объективности и достоверности.
Координатное устройство регистрирует результаты ручного контроля рельса по всему сечению и с помощью специальных программ формирует объективный документ контроля. Протокол контроля автоматически включает в себя информацию о местоположении и размерах дефектов по всему сечению рельса.
Устройство позволяет запоминать в режиме on-line координаты залегания обнаруженных дефектов. С помощью ручного дефектоскопа выявляют такие дефекты как трещины, непровары, пузыри, поры, газовые раковины, неметаллические шлаковые включения и др.
Для контроля другого выделенного локального участка объекта плоскую поворотную раму 1 переносят на этот участок, закрепляют ее на объекте с помощью опорных фиксаторов 2 в соответствующем положении, и кассету 7 с датчиками устанавливают на другую поверхность объекта.
Таким образом, выполнение координатного устройства в виде системы высокоточных энкодеров, снабженных тросиками и размещенных на плоской поворотной раме, обеспечивает трехкоординатное позиционирование, что позволяет расширить область применения устройства, использовать его как для плоских, так и разнообразных объемных объектов контроля.
При этом координатное устройство обеспечивает проведение контроля разных поверхностей объекта за одну установку опорных фиксаторов рамы, позволяет регистрировать результаты контроля по всему сечению рельса без перемещения устройства, благодаря чему повышается достоверность определения местоположения и размеров дефектов по всему сечению выбранного локального участка объекта контроля, а также снижается трудоемкость использования координатного устройства.