УСТАНОВКА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА

Предлагаемая полезная модель относится к области неразрушающего контроля металлопроката и может быть использована для увеличения производительности и достоверности при выявлении внутренних и поверхностных дефектов, как холодного, так и горячего листового проката и непрерывно литых заготовок.
В настоящее время отмечается бурное развитие методов и средств неразрушающего контроля металлопроката. Выявление скрытых дефектов на ранней стадии развития является не только гарантией безопасности при последующей эксплуатации изделия, но и позволяет снизить затраты производителя на перебраковку и пропуск брака на дальнейшие технологические этапы производства. Немаловажной составляющей при выборе производителем того или иного оборудования является его относительная простота в эксплуатации и обслуживании, сведение к минимуму действий оператора и увеличение скорость производственного процесса.
Большинство известных автоматизированных установок неразрушающего контроля листового проката предназначены только для выявлений внутренних несплошностей и конструктивно выполнены в виде двух рядов пьезоэлектрических ультразвуковых преобразователей, расстояние между которыми фиксировано или изменяется с помощью регулировочно-фиксирующего механизма. В связи с этим, не обеспечивается оперативная подстройка и слежение за уходом листа от теоретической прямой. Применение таких установок значительно усложняет работу оператора и обслуживающего персонала. К тому же, невозможность разделения областей объекта контроля на основной металл, продольные и поперечные кромки, а также обсчет по различным критериям и классам оценки, не соответствует требованиям современных международных стандартов к листовому прокату, предназначенному для производства труб ответственного назначения.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании технологичной, высоконадежной и простой в обслуживании и эксплуатации автоматизированной установки для неразрушающего контроля листового проката, обеспечивающей сканирование 100% поверхности с гарантированным перекрытием и выявление дефектов различного происхождения и вида, не снижая при этом скорости производственного цикла всей технологической линии в целом.
Известно устройство для ультразвукового контроля прочностных характеристик материала движущегося листового проката, содержащее генератор высокочастотных электрических колебаний и электромагнитно-акустические преобразователи, расположенные по одну сторону контролируемого изделия (патент RU №2231055 Кл. G01N 29/00, 2003).
К недостатку данного устройства относится невозможность обеспечения 100% плотности контроля проката, поскольку применяется только два электромагнитно-акустических преобразователя. К тому же система не отслеживает габаритные параметры объекта контроля и не способна разбивать его на различные зоны. К тому же, расположение преобразователей только с одной стороны листа не может обеспечить выявление поверхностных дефектов с обоих сторон.
Известно устройство для ультразвукового контроля листового проката, содержащее станину, локальные иммерсионные ванны с ультразвуковыми преобразователями, механизмы подъема и опускания иммерсионных ванн и прижимной механизм (патент SU №1689842 Кл. G01N 29/26, 1988 г.).
К недостатку известного технического решения относится использование пьезоэлектрических преобразователей, неотъемлемым условием применения которых является наличие контактной жидкости. На практике в качестве контактной жидкости, как правило, применяется водная эмульсия. Что, в свою очередь, неизбежно ограничивает температурный диапазон применения подобных установок и приводит к значительной коррозии, как самого объекта контроля, так и элементов установки.
Известно устройство дефектометрии прокатных листов, содержащее совокупность преобразователей, подключенных к блоку генераторов и к блоку приемных усилителей, соединенных с входом регистрирующего устройства, систему магнитоакустического поддержания постоянства зазора между плоскостями листа и преобразователем, блок когерентного накопления отраженного сигнала, включенный между выходами приемных усилителей и входом регистрирующего устройства, а также систему нормализации магнитного состояния объекта контроля, включающую блок выработки нормализующих импульсов, соединенный с блоком генераторов, и, по крайней мере, одну нормализующую катушку (патент RU №2123401 Кл. В21В 38/00, 1998 г.).
Данное техническое решение имеет ряд недостатков, а именно:
Входящий в состав устройства блок когерентного накопления использует более 2-х реализации и накопленные сигналы складываются. При сложении нескольких измерений будет пропорционально увеличиваться величина сигналов и, как следствие, может возникнуть ситуация, когда на входе регистрирующего устройства величина сигнала достигнет уровня, превышающего входной динамический диапазон регистрирующего устройства. Таким образом, это регистрирующие устройство будет не в состоянии оценить истинное значение величины сигнала, т.к. амплитуда превысит максимально допустимый уровень входного сигнала.
1
2
n
В данном случае для корректной работы необходим блок синхронного среднеарифметического усреднения, который не приводит к переполнению динамического диапазона. Каждое измерение на входе регистрирующего устройства (x, x,…,x) представляет собой массив данных длиной m:
1
11
12
1m
x (x, x,…,x)
2
21
22
2m
x(x, x,…,x)
…
n
n1
n2
nm
x(x, x,…,x),
Таким образом, синхронное среднеарифметическое усреднение должно иметь следующий вид:
ср
1
2
n
x=(x+x+…+x)/n
где каждый элемент массива с выхода регистрирующего устройств равен:
ср1
11
21
n1
x=(x+x+…+x)
ср2
12
22
n2
x=(x+x+…+x)
…
cpm
1m
2m
nm
x=(x+x+…+x)
После регистрирующего устройства полученное значение подается на сравнивающее устройство, где происходит сравнение амплитуды сигнала с пороговым уровнем, и в случае его превышения подается сигнал на устройства сигнализации и записи.
Помимо превышения динамического диапазона регистрирующего устройства, при использовании блока когерентного накопления, возможна и обратная ситуация. В случае если скорость движения объекта контроля будет такой, что количество полезных сигналов будет меньше чем количество когерентных накоплений, то полезный сигнал значительно ослабится и уменьшится отношение сигнал/шум, а это неизбежно приведет к пропуску дефекта. Следовательно, чтобы когерентное накопление было полезно, скорость контроля должна быть такой, чтобы количество когерентных накоплений и количество полезных измерений были примерно равны. От скорости контроля зависит производительность всей технологической линии в целом и, следовательно, чем эта скорость ниже, тем хуже, а данное техническое решение не позволяет производить контроль на высоких скоростях.
Для решения этой проблемы необходимо проводить подавление помех в каждом измерении. В этом случае, если на входе регистрирующего устройства происходит только одно измерение с полезным сигналом, то этот сигнал не будет подавлен и устройство зарегистрирует дефект. Для подавления помех целесообразней использовать полосовые фильтры, которые подавляют сигналы, спектр которых отличается от спектра полезных сигналов и пропускают сигнал, спектр которого совпадает со спектром зондирующего импульса. Кроме того, возможно применение синхронного усреднения нескольких измерений с нормированием получаемого значения на количество измерений. Таким образом, величина сигнала на входе регистрирующего устройства не будет превышать его максимально допустимый уровень (динамический диапазон) в этом случае, регистрирующее и сравнивающее устройство будут оценивать (сравнивать) истинное значение амплитуд сигналов, где влияние помех значительно снижается.
Также в описанном техническом решении используется система нормализации магнитного состояния объекта контроля, включающая блок выработки нормализующих импульсов и, по крайней мере, одну соединенную с ним электромагнитную катушку. Большой электромагнитный импульс, который подается этим блоком на катушку, создает множество импульсных помех через цепи питания радиоэлектронной аппаратуры и в эфир, что приводит к сбою всего технологического оборудования цеха. Для подавления импульсных и естественных помех необходимо использовать систематическую фильтрацию в каждом измерении, а именно частотно-временную обработку сигнала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании результату к заявляемой полезной модели является устройство для ультразвукового контроля листового проката, содержащее по крайней мере, одну платформу с двумя и более линейками дефектоскопических преобразователей, установленную с возможностью перемещения поперек листа, систему контроля прикромочных зон и систему датчиков определения положения и формы объекта контроля (патент RU 2298180 Кл. G01N 29/04, 2005 г.)
К недостатку известного устройства для ультразвукового контроля листового проката, относится:
1. Для поиска и контроля одной из продольных кромок используются преобразователи одной из линеек контроля основного металла, т.е. необходимо постоянно «подруливать» всей балкой в случае сноса листа (отклонения оси объекта контроля от оси рольганга) или в случае неровной продольной кромки. Это приводит к:
- высоким требованиям к надежности и точности электроприводов, а, следовательно, к удорожанию устройства в целом;
- увеличению погрешности измерения поперечной координаты;
- износу шарнирных механизмов подвесок преобразователей, т.к. они не рассчитаны на поперечные нагрузки;
- появлению люфтов в подвеске преобразователей и, как следствие, появление непроконтролированных зон и неправильный обсчет результатов контроля;
- загрузка вычислительного комплекса лишними расчетами при постоянном смещении преобразователей первой и второй линеек относительно друг друга.
2. Линейки блоков электромагнитно-акустических преобразователей расположены на различных, независимых друг от друга балках, что приводит к:
- большому количеству механического оборудования, приводов, элементов системы автоматики и электропитания и, как следствие, к усложнению управлением оборудования, увеличению его массы и энергопотребления.
- преобразователи в разных линейках разнесены друг относительно друга на значительное расстояние, следовательно, возможно появление непроконтролированных зон при сносе листа, неправильный обсчет результатов контроля и выдача ложного протокола.
3. Данная конструкция подразумевает применение только электромагнитно-акустических преобразователей, что значительно ограничивает ее область применения как в ультразвуковой дефектоскопии, так и в других видах неразрушающего контроля.
4. Вертикальное перемещение электромагнитно-акустических преобразователей обеспечивается лишь индивидуальными приводами этих преобразователей, а значит очень большой ход, что существенно сказывается на износе приводов и подвески. Также увеличивается погрешность определения координаты, увеличивается неконтролируемая зона переднего и заднего концов и обеспечивается различное усилие прижима преобразователя при разных толщинах объекта контроля.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что предложенная конструкция автоматизированной установки неразрушающего контроля листового проката позволяет применять различные методы неразрушающего контроля, а также значительно упрощает конструкцию, увеличивает износостойкость ее механизмов и повышает достоверность результатов контроля.
Указанный технический результат достигается тем, что в автоматизированной установке неразрушающего контроля листового проката, содержащей, по крайней мере, одну платформу с двумя и более линейками дефектоскопических преобразователей, установленную с возможностью перемещения поперек листа, систему контроля прикромочных зон и систему датчиков определения положения и формы объекта контроля, линейки выполнены в виде установленных с возможностью вертикального перемещения нескольких секций, каждая из которых несет одну и более групп, состоящую из дефектоскопических преобразователей как одной, так и другой линейки, при этом каждая группа снабжена системой индивидуальных приводов вертикального перемещения, система контроля прикромочных зон выполнена в виде двух независимых модулей, расположенных по разные стороны от оси рольганга на платформе с возможностью перемещения поперек листа, при этом на каждом модуле установлена с возможностью вертикального перемещения своя секция, несущая, по крайней мере, один дефектоскопический преобразователь с индивидуальным приводом вертикального перемещения, причем линейки расположены сверху и/или снизу листа.
Таким образом, предложенная конструкция автоматизированной установки неразрушающего контроля листового проката обеспечивает:
1. Удобство проверки и калибровки (настройки) преобразователей, поскольку можно опускать только необходимую секцию и остальные преобразователи линейки не мешают.
2. Отвод от листа неиспользуемых во время контроля секции, что снижает воздействие на них агрессивной среды и уменьшает «пассивный износ».
3. Уменьшение хода преобразователя, и, как следствие, уменьшение времени реакции посадки преобразователя на объект контроля, а это более достоверные расчеты и привязка к координате, а также уменьшение неконтролируемых зон в начале и в конце листа. Вдобавок, это увеличивает ресурс работы индивидуальных приводов преобразователей.
4. Вдвое уменьшается количество оборудования: механического, приводов, автоматики и электропитания. Снижаются затраты на изготовление и дальнейшее обслуживание.
5. Значительно уменьшается масса, следовательно, снижаются нагрузки на фундамент, несущие опоры и пр.
6. Из-за уменьшения количества оборудования, упрощается процесс контроля и управления установкой, а также обсчета результатов контроля.
7. Минимальное расстояние между линейками преобразователей фактически исключает появление непроконтролированных зон при возможном сносе листа.
8. В случае аварийных ситуаций, например, «петля», использование секций позволяет высоко поднять все линейки преобразователей и избежать удара.
Конструкция автоматизированной установки неразрушающего контроля листового проката представлена рисунками, где на фиг.1 - схематическое изображение установки, вид спереди (система контроля прикромочных зон и система датчиков определения положения и формы объекта на фиг.1 условно не показана), на фиг.2 - пример расположения преобразователей на объекте контроля относительно друг друга, на фиг.3 - схематическое изображение секций с группой преобразователей, вид сбоку, на фиг.4 - вариант исполнения системы индивидуальных приводов группы, выполненный в виде одного привода вертикального перемещения всей группы, на фиг.5 - вариант исполнения системы индивидуальных приводов группы, выполненный в виде одного привода вертикального перемещения всей группы и привода вертикального перемещения одного преобразователя, на фиг.6 - вариант исполнения системы индивидуальных приводов группы, выполненный в виде одного привода вертикального перемещения всей группы и одного привода качения всей группы.
Автоматизированная установка неразрушающего контроля листового проката (объекта контроля) содержит, по крайней мере, одну платформу 1 с двумя и более линейками 2 дефектоскопических преобразователей 3, установленную с возможностью перемещения поперек листа 4, систему контроля прикромочных зон и систему датчиков 5 определения положения и формы объекта контроля 4. Линейки 2 выполнены в виде установленных с возможностью вертикального перемещения нескольких секций 6, каждая из которых несет одну и более групп 7, состоящую из дефектоскопических преобразователей 3 как одной, так и другой линейки 2. Каждая группа 7 снабжена системой 8 индивидуальных приводов вертикального перемещения, а система контроля прикромочных зон выполнена в виде двух независимых модулей 9, расположенных по разные стороны от оси 10 рольганга на платформе 1 с возможностью перемещения поперек листа 4. На каждом модуле 9 установлена с возможностью вертикального перемещения своя секция 11, несущая, по крайней мере, один дефектоскопический преобразователь 3 с системой 8 индивидуальных приводов вертикального перемещения, причем линейки 2 расположены сверху и/или снизу листа.
Система 8 индивидуальных приводов вертикального перемещения каждой группы 7 выполнена, например, в виде одного привода 12 вертикального перемещения всей группы 7.
Система 8 индивидуальных приводов выполнена, например, в виде одного привода 12 вертикального перемещения всей группы 7 и, по крайней мере, одного привода 13 вертикального перемещения хотя бы одного преобразователя 3 из группы 7.
Система 8 индивидуальных приводов выполнена, например, в виде одного привода 12 вертикального перемещения всей группы и, по крайней мере, одного привода 14 качения всей группы.
На секциях 6 расположены блоки 15 электроники, автоматики и электропитания, которые отвечают за управление работой механизмов, обеспечение поддержания необходимого зазора h между преобразователями и объектом контроля, а также за работу электронно-акустического тракта и первичную обработку сигналов.
Работа автоматизированной установки неразрушающего контроля листового проката показана на примере контроля листа.
Перед началом работы происходит автоматическое тестирование всех систем установки и проверка готовности к проведению контроля. После этого, платформа 1, с установленным на ней оборудованием, выдвигается из зоны обслуживания в зону контроля.
Лист 4 по рольгангу подается в зону контроля. Расположенная перед установкой система 5 датчиков определяет его положение, габариты, форму передней (а потом и задней) кромок, осуществляет привязку координаты и в течение всего контроля производит слежение за листом 4. Полученные от системы 5 датчиков данные передаются в контроллер управления установкой, который в автоматическом режиме выполняет описанные ниже операции. Определяет необходимое для контроля основного металла количество преобразователей 3 и осуществляет предварительное выставление измерительных модулей 9 по ширине листа 4. После этого секции 6 и 11, необходимых для контроля преобразователей 3, опускает в рабочее положение на заданную высоту. Происходит точный поиск кромок и все необходимые преобразователи 3 опускают на лист 4. Начинается процесс контроля, при этом, в случае необходимости, одновременно включается система поддержания постоянного зазора h между преобразователем 3 и объектом контроля 4.
Алгоритм опускания преобразователей 3 на объект контроля 4 может быть различным, в зависимости от исполнения системы 8 индивидуальных приводов вертикального перемещения группы 7. В случае использования только одного привода 12 всей группы 7, опускание возможно только, когда лист 4 находится под всеми преобразователями 3 группы 7. В случае использования дополнительного индивидуального привода 13 преобразователя 3 или привода 14 качения группы 7, сначала происходит опускание (поднятие) одной линейки 2 преобразователей 3, а потом второй, что обеспечивает минимальную неконтролируемую зону передней и задней кромки листа 4.
В процессе контроля измерительные модули 9 системы контроля прикромочных зон непрерывно корректируют свое относительно продольных кромок листа 4, в случае его сноса относительно оси 10 рольганга.
В момент подхода конца листа 4 к установке, система 5 датчиков это регистрирует, определяет его форму и передает сигнал на поочередный подъем преобразователей 3.
Процесс контроля завершен, установка готова к началу контроля следующего листа.
Заявляемая конструкция автоматизированной установки неразрушающего контроля листового проката позволяет применять различные методы неразрушающего контроля, а также значительно упрощает конструкцию, увеличивает износостойкость механизмов и повышает достоверность результатов контроля.