ЭМА установка для промышленного автоматизированного ультразвукового контроля металлопродукции

Полезная модель относится к средствам технической диагностики, а именно к устройствам для промышленного автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗK) металлопродукции. Основной областью применения технического решения является потоковый контроль трубной металлопродукции и иного круглого проката.
Из патентного документа RU 175875 U1 от 21.12.2017 известна электромагнитно-акустическая (ЭМА) установка для АУЗK трубной и иной металлопродукции, содержащая первый и второй модули раздельного двухэтапного высокопроизводительного контроля. В состав указанных модулей входят электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП) для прозвучивания объекта металлопродукции и несущие элементы для перемещения данных ЭМАП в рабочих зонах модулей. Известная установка также содержит функциональные узлы управления и обработки измерительной информации, связанные с указанными модулями контроля. При этом функциональные узлы управления и обработки измерительной информации выполнены с возможностью контроля на первом этапе одной половинной части объекта посредством первого модуля контроля и с возможностью контроля на втором этапе другой половинной части объекта при помощи второго модуля контроля. Пространственное расположение модулей выбрано из условия охвата рабочими зонами модулей соответствующих половинных частей объекта в процессе контроля.
Неподвижный ЭМАП возбуждает симметричные по амплитуде разнонаправленные УЗ волны в объекте контроля. Однако для сканирования объекта контроля необходимо приведение ЭМАП в движение, что вызывает искажение поля излучения ЭМАП, из-за чего в контроле преимущественно участвуют только УЗ волны распространяющиеся в направлении против направления движения, что приводит к ослаблению измерительного сигнала и не позволяет считать достоверным контроль на наличие продольных дефектов. По аналогичной причине известная установка не может также обеспечить достоверность контроля поперечных дефектов.
Решаемой технической проблемой является выявление дефектов различной ориентации в объекте металлопродукции ЭМА установкой в условиях раздельного двухэтапного контроля. Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в увеличении достоверности контроля металлопродукции на наличие как продольных, так и поперечных дефектов.
Технический результат достигается благодаря тому, что в установке для УЗ объекта металлопродукции, содержащей первый и второй модули раздельного двухэтапного контроля, в состав которых входят ЭМАП для прозвучивания объекта металлопродукции и несущие элементы для перемещения данных ЭМАП в рабочих зонах модулей, содержащей также функциональные узлы управления и обработки измерительной информации, связанные с указанными модулями контроля, функциональные узлы управления и обработки измерительной информации выполнены с возможностью контроля объекта на первом этапе по всей его длине в прямом направлении посредством первого модуля и в обратном направлении на втором этапе посредством второго модуля.
В частном случае осуществления полезной модели первый модуль установки включает в себя линейный привод для перемещения ЭМАП данного модуля вдоль объекта металлопродукции в прямом направлении и механизм прямого осевого вращения объекта металлопродукции. При этом второй модуль содержит линейный привод для перемещения ЭМАП данного модуля вдоль объекта металлопродукции в обратном направлении и механизм обратного осевого вращения объекта металлопродукции.
Полезная модель поясняется следующими чертежами, на которых в качестве примера показана предпочтительная конструкция установки для промышленного АУЗK стальных труб и подобной металлопродукции.
Фиг. 1: структурная схема установки для АУЗK, вид спереди и в плане.
Фиг. 2: установка для АУЗK, вид со стороны левого бока.
Фиг. 3: диагностируемая труба проходит первый этап АУЗK.
Фиг. 4: эта же труба проходит второй этап АУЗK.
Фиг. 5-6: одновременный АУЗK двух труб, вид в плане и сбоку.
Фиг. 7: диаграмма поля излучения неподвижного ЭМАП.
Фиг. 8: диаграмма поля излучения ЭМАП при вращении диагностируемой трубы.
Фиг. 9: диаграмма поля излучения ЭМАП при его линейном перемещении вдоль продольной оси трубы.
Автоматизированная установка для АУЗK обеспечивает первую зону контроля 1 объекта металлопродукции и вторую зону его контроля 2. Установка содержит электронный блок 3, портал 4, первый ЭМА модуль контроля 11, механизм 12 прямого вращения металлопродукции, ролики 13, а также второй ЭМА модуль контроля 21, механизм 22 обратного вращения металлопродукции и ролики 23 (фиг. 1).
Оба ЭМА модуля 11, 21 конструктивно идентичны, в состав каждого из них входят: ЭМАП 101 с отдельными рабочими катушками для контроля продольных и поперечных дефектов, моторизированная каретка 102 с колесной парой и датчиками координат, Г-образный кронштейн 103 с сервоприводами (фиг. 2). Механизмы 12, 22 представляют собой электромеханические индивидуальные приводы роликов 13, 23. Каретки 102 и механизмы 12, 22 также снабжены управляемыми электроприводами. Электронный блок 3 включает в себя дефектоскопическую электронику, функциональные узлы общего автоматического управления и обработки измерительной информации, выполнен в виде цифрового вычислительного устройства. Портал 4 состоит из горизонтальной балки и пары боковых вертикальных стоек, совместно образующих неподвижную станину П-образной формы при виде спереди. Расстояние между опорами и высота расположения балки выбраны из условия перемещения через портал 4 диагностируемой металлопродукции.
ЭМАП 101 жестко связан с кареткой 102 через кронштейн 103. Каретка 102 и кронштейн 103 являются элементами линейного привода ЭМАП 101, выполненного с возможностью задания пространственного расположения модуля на горизонтальной балке портала 4 по всей длине объекта контроля. ЭМА модули 11, 21 закреплены на балке портала 4 с возможностью линейного перемещения без пересечения траекторий движения. Для исключения опасности выхода колес кареток 102 за пределы балки портала 4 в конструкции установки предусмотрены направляющие элементы, в виде, например, рельсового пути, и ограничители хода. Ролики 13, 23 смонтированы на общей платформе-основании, неподвижно сопряженной с порталом 4, и соединены с механизмами 12, 22 соответственно. ЭМАП 101, электромоторы кареток 102 ЭМА модулей 11, 21 и приводов механизмов 12, 22 электрически связаны с электронным блоком 3 через сигнальные, управляющие и силовые входы-выходы. Электронный блок 3 размещен в отдельном корпусе, прикрепленном к стойке портала 4 посредством несущих и соединительных элементов. ЭМАП 101, линейные приводы для их перемещения, включая каретки 102, механизмы 12, 22, а также все другие части установки соединены между собой сборочными операциями, обеспечивающими конструктивное единство и реализацию установкой общего функционального назначения.
Установка функционирует следующим образом.
На ролики 13 в первой зоне контроля 1 помещают диагностируемую стальную трубу 5 (фиг. 3). Затем устанавливают ЭМАП 101 модуля 11 в исходное пространственное положение на краю трубы 5, управляя кареткой 102 данного модуля и сервоприводами для точного позиционирования ЭМАП 101 в непосредственной близи от внешней поверхности трубы 5. После чего инициализируют электронным блоком 3 возбуждение УЗ колебаний и приводят в движение механизм 12, вращающий ролики 13 и расположенную на них трубу 5 вокруг ее продольной оси в заданном направлении, условно принятом за прямое направление. Одновременно с этим поступательно перемещают ЭМАП 101 вдоль всей трубы 5 посредством линейного привода и производят прозвучивание данной трубы. В результате ЭМАП 101 движется относительно поверхности трубы 5 по цилиндрической винтовой траектории. Измерительную информацию передают от ЭМА модуля 11 в блок 3. После того, как спиральное сканирование охватило всю поверхность объекта контроля, включая тело трубы 5 и ее концы, данную трубу через створ портала 4 перекладывают на ролики 23 второй зоны контроля 2 (фиг. 4), устанавливают ЭМАП 101 ЭМА модуля 21 в исходное положение на том краю трубы 5, где было завершено сканирование ЭМА модулем 11. После чего приводят в движение механизм 22, вращая с его помощью трубу 5 в обратном направлении, и осуществляют остальные действия аналогично тому, как это было сделано в первой зоне контроля 1. Таким образом, контроль осуществляют раздельно по времени, а диагностика проводят в два этапа, измерительные результаты объединяет блок 3 в общем выводе единого протокола контроля. В результате вся труба 5 оказывается подвергнутой технической диагностике и проконтролированной. Если в процессе происходит выявление какого-либо дефекта, то сообщение об этом выводится оператору установки. Подобным образом возможен неразрушающий контроль и иных объектов цилиндрической формы.
На практике ЭМА модули 11, 21 работают одновременно, сканируя сразу две трубы 5 (фиг. 5 и 6), что положительно сказывается на производительности контроля благодаря раздельности двухэтапного контроля. При этом данные трубы вращают во взаимно противоположных направлениях, а модули 11, 21 линейно перемещают также во взаимно противоположных направлениях.
Непосредственно сразу после начального позиционирования ЭМАП 101 ЭМА модуля 11 на краю неподвижной трубы 5 поле излучения данного ЭМАП имеет симметричные лепестки диаграммы направленности относительно нормали (фиг. 7). После начала вращения трубы 5 поле излучения ЭМАП 101 искажается и размер переднего лепестка диаграммы в процессе сканирования не совпадает с размером заднего лепестка так как амплитуда УЗ волны, распространяющейся вдоль линии вращения трубы 5, ослабевает (фиг. 8, стрелкой обозначено направление вращения трубы) и в контроле участвуют только УЗ волны, распространяющиеся в направлении против направления движения, из-за чего достоверность контроля трубы 5 на наличие продольных дефектов оказывается сниженной. Помимо этого, не обеспечивается приемлемое качество в части контроля поперечных дефектов, если ЭМАП 101 линейно перемещают вдоль трубы только в одном направлении, по причине того, что при этом диаграмма направленности, характеризуется наличием хорошо выраженного переднего лепестка и ослабеванием заднего лепестка (фиг. 9, стрелкой обозначено направление движения ЭМАП). В настоящем техническом решении недостаточное качество измерительной информации в первой зоне контроля 1 компенсирует дополнительное измерение во второй зоне контроля 2, характеризующееся тем, что ЭМАП 101 проходит над объектом контроля в обратном направлении, что позволяет после обработки полезных сигналов получить эффективную диаграмму направленности с восстановленной симметрией и повысить общее качество измерительной информации, а следовательно и достоверность контроля продольных и поперечных дефектов.
При необходимости проведения независимого контроля продольных и поперечных дефектов осуществляют контроль по участкам трубы. Для контроля продольных дефектов устанавливают ЭМА модуль в исходное положение, затем вращают трубу сначала в одну сторону на один полный оборот, а затем в обратном направлении, после чего линейно перемещают ЭМА модуль вдоль трубы на один шаг и повторяют все действия пока вся труба не подвергнется контролю. Контроль поперечных дефектов начинают с полного линейного прохода ЭМА модуля от одного конца неподвижной трубы до ее другого конца и обратно, после чего поворачивают трубу на один шаг, не превышающий ширину рабочей зоны ЭМАП, и повторяют указанные действия в течение полного оборота трубы. При этом одна зона контроля установки может быть использована только для контроля продольных дефектов, а вторая зона контроля только для контроля поперечных дефектов.