Устройство для неразрушающего контроля донной поверхности глухого отверстия

Устройство относится к неразрушающему контролю изделий. Устройство предназначено для дефектоскопии донной поверхности отверстий на наличие трещин и других несплошностей.
Аналогами для контроля донной части отверстий являются приборы для визуально-оптических методов. В качестве инструментов применяются смотровые оптические трубы и эндоскопы. Недостатками оптико-визуального контроля является недостаточно высокая чувствительность и достоверность.
Предлагаемое устройство имеет в качестве измерительного инструмента вихретоковые преобразователи (далее по тексту - ВТП), что дает высокую чувствительность к микроскопическим дефектам и сравнительно высокую скорость проведения контроля.
Основными деталями устройства (см. Фиг. 1 и Фиг. 2) являются насадка (2), стержень круглого сечения (далее по тексту - шток) (3) и держатель (4) с накладными ВТП.
Когда устройство предназначено для контроля отверстия строго определенного диаметра, насадка (2) представляет собой ступенчатый цилиндр (см. Фиг. 1). На одной стороне насадка имеет ступеньку в виде цилиндра, имеющего диаметр равный диаметру котролируемого отверстия, для установки ПМ точно по центру контролируемого отверстия. (см. Фиг. 2 ). Насадка имеет сквозное отверстие (см. Фиг. 2). Шток (3) имеет диаметр, равный (с определенным допуском) диаметру сквозного диаметра насадки.
Держатель (4) закреплен на торце штока. Вихретоковые преобразователи (на Фиг. 2 имеется три ВТП - (5), (6) и (7)) установлены на держателе.
Насадка (2) устанавливается на контролируемое отверстие и таким образом шток (3), установленный в отверстие насадки центруется по оси контролируемого отверстия. Шток выдвигается в отверстие до тех пор, пока центральный ВТП (5) не упрется в донную поверхность. После этого шток приводится во вращение и сигнал снимается последовательно с каждого ВТП.
Если кроме позиционирования устройства необходимо закрепить его на объекте контроля (например, в случае вертикального или потолочного положения контролируемого отверстия), фиксация устройства на ОК может осуществляться с помощью механических захватов. В случае ферромагнитных материалов для фиксации устройства над отверстием можно применять электромагниты (Фиг. 4).
В случае, если донная поверхность является конической, меняются только углы установки ВТП (Фиг. 5, 6 и 7).
Если отверстия имеют большую длину, недостаточная продольная жесткость штока или люфт штока в отверстии насадки могут не обеспечить точную установку нижнего конца штока по оси контролируемого отверстия при повороте штока. В этом случае устройство должно быть дополнено роликами, которые должны центровать конец штока с держателем ВТП строго на оси контролируемого отверстия (см. Фиг. 8).
Краткое описание чертежей.
На Фиг. 1 изображена насадка в виде ступенчатого цилиндра, а на Фиг. 2 насадка установлена на контролируемом отверстии, где обозначено:
1 - объект контроля.
2 - насадка в виде ступенчатого цилиндра.
3 - шток (стержень круглого сечения).
4 - держатель измерительного инструмента.
5 - центральный ВТП.
6 - крайний ВТП для сканирования сопряжения донной поверхности отверстия с боковой цилиндрической поверхностью отверстия.
7 - средний ВТП.
Насадка (2) имеет на нижней части цилиндрическую ступеньку с диаметром равным диаметру контролируемого отверстия. Насадка имеет сквозное отверстие, через которое проходит шток (3). На нижнем конце штока имеется держатель (4), на котором закреплены ВТП (5, 6 и 7). Насадка ступенькой ставится на отверстие, при этом шток занимает положения по оси отверстия. На верхнем конце штока должен быть вороток для удобства вращения штока (на Фиг. 2 - условно не показан). Шток опускается в отверстие до тех пор, пока центральный ВТП не упрется в донную часть отверстия. После этого шток приводится во вращение и сигнал снимается последовательно с каждого ВТП.
При вращении штока центральный ВТП (5), вращаясь, остается над одной и той же точкой и конролирует центральную область (см. Фиг. 2). При следующих поворотах штока сигнал снимается со следующих ВТП (последовательно). В то время, как сигнал снимается с очередного ВТП, напряжение с возбуждающих катушек других ВТП должно быть снято, чтобы не было наводок на работающий ВТП от других ВТП. На Фиг. 2 показана области перекрытия для ВТП (5, 6 и 7). Заштрихованные области показаны для повороте штока на 90 градусов. Зоны контроля ВТП перекрываются.
5б - зона контроля центральным ВТП.
6а - траектория движения крайнего ВТП по линии сопряжения донной и боковой частей отверстия.
6б - сектор зоны контроля крайнего ВТП.
7а - траектория движения среднего ВТП.
7б - сектор зоны контроля среднего ВТП.
Центральный ВТП (5) выполнен карандашного типа. Центральный ВТП упирается щупом в донную часть отверстия. Средний ВТП (7) установлен с зазором до контролируемой поверхности.
На Фиг. 3 изображен крайний ВТП (6), где обозначено:
8 - поршень с установленными в нем измерительной и возбуждающей катушками.
9 - прижимная пружина.
10 - вкладыш, повторяющий профиль сопряжения донной и боковой поверхностей.
Крайний ВТП (6) - карандашного типа (9), имеющий вкладыш, повторяющий профиль сопряжения, при вращении штока прижат прижимной пружиной к линии сопряжения. Вкладыш и пружина нужны для того, чтобы крайний ВТП (6) при движении не уводило с траектории.
Таким образом, нормируемый зазор между катушками и поверхностью для центрального ВТП (5) создается типом ВТП, для крайнего ВТП (6) - пружиной. Зазор между средними ВТП (7) задается высотой установки центрального и средних ВТП.
На Фиг. 4 показан вариант фиксации устройства с помощью электромагнитов в случае контроля ОК из ферромагнитных материалов, где обозначено:
11 - электромагнит.
Объект контроля (1) показан условно пунктирной линией.
На Фиг. 5, 6 и 7 показан вариант отверстия с конической донной поверхностью, где обозначено:
α, β - углы.
Для варианта конической донной поверхности необходимо предусмотреть вкладыши, повторяющие форму вершины конуса для центрального ВТП, и форму сопряжения донной и боковой поверхностей отверстия. Чтобы не возникало ложных сигналов, необходимо чтобы оси возбуждающей и измерительной катушек проходили точно по бессектрисам соответствующих углов (α=α, β=β).
Количество средних ВТП зависит от соотношения площади зоны контроля одного ВТП и площади донной поверхности. Количество средних ВТП должно обеспечивать перекрытие зон контроля.
На Фиг. 8 показан вариант устройства в случае контроля ОК с длинными отверстиями, где обозначено:
12 - держатель ролика.
13 - поворотный кронштейн ролика.
14 - ролик.
15 - ось для поворота кронштейна.
При длинных отверстиях имеется задача обеспечить соосное положение штока (3) и контролируемого отверстия при повороте штока. На Фиг. 8 показаны дополнительно ролики, обеспечивающие положение конца штока строго по центру оси контролируемого отверстия.
При движении штока (3) вверх-вниз ролики (14) должны занимать положение вдоль образующей цилиндрической боковой поверхности отверстия. При вращении штока (3) при контроле донной части отверстия ролики (14) должны быть перпендикулярны образующей цилиндрической боковой поверхности отверстия. Для того, чтобы ролики свободно поворачивались, необходимо предусмотреть поворотное смещение ролика 14 (необходимо установить ролик с некоторым расстоянием между осью поворота кронштейна 15 и линией проходящей через ось ролика 14).