УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЯ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть применено для контроля изделий сложной формы, выполненных из немагнитных металлов, с использованием метода вынужденных колебаний с возбуждением колебаний электромагнитным способом.
Известно устройство для контроля изделий, содержащее последовательно соединенные электроакустический преобразователь, приемно-передающий блок и анализатор спектра, блок памяти и выходной блок, снабжено последовательно соединенными блоком корреляционного преобразования и блоком логики, а анализатор спектра выполнен в виде анализатора комплексного спектра и подключен выходом к первому входу блока корреляционного преобразования, подсоединенного вторым входом к выходу блока памяти, выходом - ко входу блока логики, подключенного первым выходом ко входу выходного блока, а вторым и третьим выходами - к управляющим входам соответственно блока памяти и анализатора спектра. Контроль изделий осуществляется за счет определения амплитудного и фазового спектров принятого сигнала эталонным спектрам, причем для поиска дефекта используются ультразвуковые колебания (см. а.с. 1658076 кл. МКИ G01N 29/04, 1989 г.).
Недостатком данного устройства является низкая точность при контроле изделий, изготовленных из металлов с крупнозернистой структурой, имеющих размеры зерен соизмеримые с длиной волны ультразвуковых колебаний, что приводит к ложному бракованию таких изделий.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для контроля изделий, содержащее последовательно соединенные электроакустический преобразователь, приемно-передающий блок, снабжено
аналого-цифровым преобразователем и электронно-вычислительной машиной, при этом вход аналого-цифрового преобразователя последовательно соединен с выходом приемно-передающего блока, а выход последовательно соединен с электронно-вычислительной машиной, причем в качестве электроакустического преобразователя использован конденсаторный микрофон, расположенный на расстоянии 10 мм от контролируемого изделия (свидетельство на полезную модель №642 от 28.01.94 г., бюллетень №7 16.07.95 г., кл. МКИ G01N 29/04 от 28.01.1994 г.)
Недостатком данного устройства является то, что экспериментальные результаты, полученные с помощью данного устройства, будут зависеть от места размещения микрофона над контролируемым изделием, силы возбуждения колебаний, что скажется на точности определения дефекта.
Задачей полезной модели является повышение чувствительности, точности и надежности контроля технического состояния изделий за счет использования разности фаз вынужденных колебаний контролируемого изделия и возбуждающих колебаний.
Поставленная задача решается следующим образом: устройство для контроля изделий, содержащее последовательно соединенные электроакустический преобразователь, приемно-передающий блок, снабжено аналого-цифровым преобразователем и электронно-вычислительной машиной, при этом вход аналого-цифрового преобразователя последовательно соединен с выходом приемно-передающего блока, а выход последовательно соединен с электронно-вычислительной машиной. Согласно полезной модели устройство снабжено генератором звуковой частоты, усилителем мощности, постоянным магнитом, при этом генератор звуковой частоты, имеющий два выхода, первым выходом последовательно соединен с входом усилителя мощности, а вторым - со входом АЦП, выход которого соединен со входом ЭВМ; выход усилителя мощности подсоединен к контролируемому изделию, которое располагается в поле постоянного магнита, причем в качестве электроакустического преобразователя
использован пьезоэлектрический датчик, который опирается с определенным усилием на контролируемое изделие и способен перемещаться по его поверхности.
Предлагаемое устройство представлено на фиг.1. Генератор звуковой частоты 1 имеет два выхода. Первый выход генератора 1 последовательно соединен с входом усилителя мощности 4, а второй - со входом АЦП 3, выход которого соединен со входом ЭВМ 2. Выход усилителя мощности 4 подсоединен к контролируемому изделию 6, по которому проходит электрический ток и которое располагается в поле постоянного магнита 7. В качестве электроакустического преобразователя использован пьезоэлектрический датчик 8, который опирается с определенным усилием на контролируемое изделие 6 и способен перемещаться по его поверхности. Выход датчика 8 соединен со входом приемо-передающего блока 5, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 3.
На фиг.2 представлены результаты экспериментов с исправной и дефектной лопатками турбины ГТД. По оси абсцисс отложены точки измерения по длине выходной кромки пера от бандажной полки до замка. По оси ординат показана величина сдвига фаз. Кривая 2 отражает изменение разности фаз между опорным возбуждающим сигналом и вынужденными резонансными колебаниями лопатки в точках, расположенных по длине выходной кромки пера исправной лопатки с интервалом 5 мм, а кривая 1 - изменения разности фаз в тех же точках пера лопатки, имеющей дефект трещину 4 мм на выходной кромке пера лопатки в средней ее части.
Устройство для контроля изделий работает следующим образом.
Принцип возбуждения колебаний в исследуемом изделии основан на использовании закона Ампера. На контролируемое изделие, по которому проходит электрический ток и которое находится в магнитном поле, действует сила Ампера:
dF=IB dl sin α,
где dF - модуль силы Ампера;
I - сила тока, проходящего по изделию;
В - величина магнитной индукции;
dl - участок изделия, находящийся в магнитном поле.
α - угол между векторами В и dl.
Изделие 6 (фиг.1) располагается между полюсами постоянного магнита 7, переменный электрический ток, подаваемый от генератора 1 и усиленный на выходе усилителем мощности 4, подводится к изделию 6 при помощи проводников. Расположение изделия в магнитном поле обеспечивает максимальное действие на него магнитной индукции. Изменением частоты генератора в изделии возбуждаются резонансные колебания.
Измерение колебаний изделия производится пьезоэлектрическим датчиком 8. Для исключения помех, вызванных действием электрического тока, кончик иглы датчика заизолирован фторопластом.
Колебания от генератора 1 и от пьезодатчика 8 через приемопередающий блок 5 поступают на первый и второй входы АЦП 3, преобразуются в цифровой код и поступают на вход ЭВМ 2, где происходит сравнение фаз колебаний двух сигналов с использованием программы, созданной в среде Lab View.
Были проведены лабораторные испытания предлагаемого устройства. В качестве контролируемых изделий переменной толщины сложной геометрии исследовались рабочие лопатки 1-й ступени турбины авиационного газотурбинного двигателя НК-82-У. Всего исследовалось 20 исправных и 6 лопаток, имеющих трещины на выходной кромке пера длиной от 4 мм до 8 мм.
Результаты лабораторных испытаний представлены на фиг.2. Как видно из графиков 1 и 2 исправная и дефектная лопатки имеют различия в характере изменения разности фаз по длине лопатки.
Полученные результаты с использованием устройства для контроля изделий показывают работоспособность устройства и обеспечение определения дефектов в изделиях сложной формы.