УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использована для обнаружения дефектов поверхности крупногабаритных изделий, преимущественно, прокатных валков.
Известно устройство для обнаружения дефектов, в частности трещин и сколов, на поверхности валка прокатного стана, содержащее станину со стойками, в каждой из которых закреплена поворотная опора с держателем, соединенным с приводным поворотным рычагом, выполненным в виде установленного в его корпусе гидроцилиндра, шарнирно соединенного с подвижным штоком, на конце которого установлена передающая головка в виде контактного ролика, прижимаемого к поверхности валка. При этом контактный ролик, снаружи покрыт слоем иридия, а изнутри имеет сердцевину из прозрачной стекловидной пластмассы с полостью, в которой размещен пьезоэлемент, предназначенный для приема и передачи ультразвуковых волн с генератора на поверхность контролируемого валка (см. пат. РФ №2346269, G01N 29/04).
Недостатком известного устройства является его конструктивная сложность, в частности, механизма позиционирования ультразвукового преобразователя относительно поверхности контролируемого валка, что усложняет процесс настройки дефектоскопической аппаратуры, а, следовательно, снижает точность контроля дефектов на поверхности валка.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является установка для автоматического ультразвукового контроля крупногабаритных изделий, содержащая станину, каретку с приводом, установленную в стойке с возможностью возвратно-поступательного перемещения, ультразвуковой преобразователь, подключенный к дефектоскопической аппаратуре, и узел крепления ультразвукового преобразователя к корпусу каретки. При этом ультразвуковой преобразователь является составной частью акустического блока, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль манипулятора, который с кареткой соединен посредством поворотного узла, закрепленного на одном торце подвижных горизонтальных пинолей. Кроме того, ультразвуковой преобразователь снабжен локальной ванной и системой ее подпитки, которая состоит из бачка с иммерсионной жидкостью, дозирующего вентиля и гибкого шланга, предназначенных для создания акустического контакта между контролируемой поверхностью изделия и ультразвуковым преобразователем (см. пат. РФ №75047, G01N 29/04).
Недостатками известной установки является низкая достоверность и точность регистрируемых сигналов, получаемых в процессе ультразвукового сканирования. Это возникает из-за сложности позиционирования ультразвукового преобразователя относительно поверхности контролируемого изделия, особенно в части закрепления регистрирующих блоков, а также за счет необходимости многократной ручной настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры перед процессом автоматического контроля поверхности изделия. Кроме того, установка имеет сложную конструкцию из-за наличия в ней механических приспособлений для ручной настройки дефектоскопической аппаратуры.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении достоверности и точности результатов ультразвукового контроля крупногабаритных изделий, преимущественно, прокатных валков, при одновременном упрощении конструкции установки.
Технический результат выражается в повышении точности позиционирования ультразвукового преобразователя относительно поверхности контролируемого изделия, что обеспечивает уменьшение искажения ультразвукового сигнала и скорости его распространения по всему объему изделия при сканировании последнего. Это достигается путем синхронизации частоты осевого вращения опорных роликов, предназначенных для размещения контролируемого изделия, и скорости линейного перемещения каретки с ультразвуковым преобразователем по направляющим при сканировании изделия.
Поставленная задача решается тем, что в известной установке для автоматического ультразвукового контроля крупногабаритных изделий, преимущественно, прокатных валков, содержащей станину, каретку с приводом, установленную в стойке с возможностью возвратно-поступательного перемещения, ультразвуковой преобразователь, подключенный к дефектоскопической аппаратуре, и узел крепления ультразвукового преобразователя к корпусу каретки, согласно изменению, станина выполнена монолитной в виде основания с двумя боковыми стенками, между которыми параллельно основанию, установлены с возможностью вращения, попарно соединенные между собой осью опорные ролики, стойка выполнена в виде жестко закрепленных с одного края боковых стенок станины вертикальных пластин, между которыми расположены горизонтально друг под другом с равномерным шагом три направляющие, одна из которых выполнена в виде винта с прямой и обратной резьбой, при этом каретка установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль направляющих, свободно пропущенных через ее корпус, привод каретки кинематически связан с приводом опорных роликов, а узел крепления ультразвукового преобразователя к корпусу каретки выполнен в виде консоли, один конец которой закреплен на корпусе с возможностью поворота и фиксации положения консоли в вертикальной плоскости, а на другом ее конце выполнен паз, в котором на оси установлена с возможностью поворота головка с ультразвуковым преобразователем, обращенным в сторону опорных роликов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 схематично изображен общий вид установки для ультразвукового контроля крупногабаритных изделий (прокатных валков), вид сверху;
- на фиг.2 - фрагмент узла установки каретки с ультразвуковым преобразователем, с частичным разрезом.
- на фиг.3 изображена кинематическая схема установки, вид сбоку.
Установка для автоматического ультразвукового контроля крупногабаритных изделий, преимущественно, прокатных валков, содержит монолитную станину 1 (фиг.1, 3), выполненную в виде основания 2 с двумя боковыми стенками 3, каретку 4 с приводом 5 для ее перемещения, установленную в стойке 6, закрепленный на корпусе каретки 4 ультразвуковой преобразователь 7 (фиг.2), электронно связанный с дефектоскопической аппаратурой, выполненной на базе компьютера 8 (фиг.1). При этом в станине 1 между ее боковыми стенками 3 параллельно основанию 2 установлены попарно соединенные между собой осью 9 (фиг.1, 3) опорные ролики 10 с приводом 11, обеспечивающим их вращение. Стойка 6 выполнена в виде жестко прикрепленных с одного края боковых стенок 3 станины 1 вертикальных пластин 12, между которыми в плоскости, перпендикулярной основанию 2 станины 1, расположены горизонтально друг под другом с равномерным шагом три направляющие, соответственно, 13, 14 и 15 (фиг.2), одна из которых, например направляющая 14 выполнена в виде винта с прямой 16 и обратной 17 резьбой и на ее концах установлены концевые выключатели 18. При этом две направляющие 13 и 15 (фиг.2) закреплены в вертикальных пластинах 12 стойки 6 неподвижно, а третья направляющая 14, выполненная в виде винта, в указанных пластинах 12 установлена посредством подшипников 19 подвижно и одним концом соединена с приводом 5 перемещения каретки 4. Каретка 4 (фиг.1, 2) установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль направляющих 13, 14 и 15, которые свободно пропущены через ее корпус. Привод 5 каретки 4 кинематически связан с приводом 11 опорных роликов 10 посредством ременной передачи 20 (фиг.3). Кроме того, на каретке 4 установлена посредством узла крепления головка 21 (фиг.1, 2) с ультразвуковым преобразователем 7, который выполнен в виде консоли 22. Один конец консоли 22 (фиг.2) закреплен в корпусе каретки 4 с возможностью поворота и фиксации положения консоли 22 в вертикальной плоскости, а на другом конце указанной консоли 22 выполнен паз 23, в котором на оси 24 установлена с возможностью поворота головка 21, в которой со стороны опорных роликов 10 закреплен ультразвуковой преобразователь 7, предназначенный для съема сигнала с поверхности контролируемого крупногабаритного изделия, например прокатного валка 25. На фиг.3 позицией 26 обозначена шейка указанного валка 25, а позицией 27 - его бочка.
Вышеописанное конструктивное выполнение заявляемой установки позволяет синхронизировать частоту осевого вращения опорных роликов 10, предназначенных для размещения контролируемого прокатного валка 25, и скорость линейного перемещения каретки 4 с ультразвуковым преобразователем 7 по направляющим 13, 14 и 15 вдоль исследуемой поверхности валка 25. Это обеспечивается за счет повышения точности позиционирования ультразвукового преобразователя 7 относительно контролируемой поверхности указанного валка 25 при сканировании.
Работает установка следующим образом. Предварительно включают питание установки и перемещают каретку 4 (фиг.1, 2) в исходное крайнее положение до контакта ее с концевым выключателем 18. Затем крупногабаритное изделие, например прокатный валок 25 (фиг.3), устанавливают так, чтобы шейки 26 валка 25 опирались на поверхность смежных пар опорных роликов 10, а бочка 27 валка 25 располагалась над осями 9 роликов 10. В процессе последующего ультразвукового контроля поверхности валка 25 такое размещение обеспечит его вращение вокруг своей оси. После этого производят точную установку и фиксацию головки 21 с ультразвуковым преобразователем 7 относительно контролируемой поверхности валка 25 путем поворота консоли 22 в вертикальной плоскости. Ультразвуковой преобразователь 7 подключают к дефектоскопической аппаратуре персонального компьютера 8. Для обеспечения акустического контакта между поверхностью прокатного валка 25 и ультразвуковым преобразователем 7 в воздушный зазор, образованный между ними под давлением подают контактную жидкость, например, воду. После чего задают частоту вращения опорных роликов 10 и шаг сканирования в зависимости от диаметра контролируемого прокатного валка 25. За счет кинематической связи привода 5 каретки 4 с приводом 11 опорных роликов 10 частота осевого вращения последних и скорость линейного перемещения каретки 4 вдоль направляющих 13, 14 и 15 будут синхронизированы, что обеспечит равномерную скорость сканирования поверхности бочки 27 валка 25, предотвращая этим искажение ультразвукового сигнала. Автоматический режим работы установки и, соответственно, ультразвуковое сканирование поверхности бочки 27 валка 25 начинают от крайнего исходного положения каретки 4 по винтовой траектории, относительно контролируемой поверхности валка 25, что обеспечивается вращением направляющей 14, выполненной в виде винта. Начало и конец сканирования отслеживается двумя концевыми выключателями 18. Причем в момент начала движения каретки 4 (фиг.2) с ультразвуковым преобразователем 7 вдоль поверхности валка 25 происходит отключение одного концевого выключателя 18, а по окончании процесса сканирования происходит срабатывание выключателя 18, расположенного на противоположном конце направляющей 14. Заявляемая конструкция установки обеспечивает равномерное перемещение каретки 4 с ультразвуковым преобразователем 7 относительно сканируемой поверхности контролируемого валка 25. При этом ультразвуковые сигналы посредством усилительно-преобразовательного электронного устройства (на рис. не показано) передаются в компьютер 8, где сохраняются и обрабатываются. По окончанию процесса сканирования формируется ультразвуковая карта поверхности прокатного валка 25, на которой отмечены зоны с обнаруженными дефектами.
Заявляемая конструкция установки позволяет повысить точность результатов ультразвукового контроля за счет уменьшения искажения сигнала и скорости его распространения, как на поверхности, так и во всем объеме контролируемого изделия, а также позволяет обнаружить местоположение дефектов в изделии с высокой степенью точности, что обеспечивает повышение достоверности результатов контроля. Кроме того, заявляемая установка имеет простую конструкцию за счет отсутствия в ней сложных механических узлов, что обеспечивает простоту ее эксплуатации.