PL104062B1 - Deflektor przetwarzajacy wiazke promieni rownoleglych do tworzacych powierzchni walcowego przedmiotu wielosciennego lub w przekroju poprzecznym kolowego w wiazke promieni padajacych na powierzchnie tego przedmiotu pod stalym katem - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest deflektor przetwa¬ rzajacy wiazke promieni równoleglych do tworza¬ cych powierzchni walcowego przedmiotu wielo¬ sciennego lub w przekroju poprzecznym kolowego w wiazke promieni padajacych na powierzchnie te¬ go przedmiotu pod stalym katem, mierzonym w stosunku do normalnej do powierzchni tego przed¬ miotu cylindrycznego.

Wynalazek dotyczy w szczególnosci deflektora ultradzwiekowego, odbijajacego promienie emito¬ wane przez przetwornik ultradzwiekowy w kierun¬ ku przedmiotu walcowego, które to promienie przechodzace przez scianki tego przedmiotu sa za¬ lamywane w miejscach wystepowania wad mate¬ rialowych, zmieniajac sposób rozchodzenia sie. Za¬ lamane fale ultradzwiekowe odbierane sa przez odbiornik, pozwalajacy na okreslenie miejsca po¬ lozenia defektów materialu, z którego wykonany jest przedmiot.

Zastosowanie deflektora wedlug wynalazku nie ogranicza sie tylko do przypadku odchylania pro¬ mieni ultradzwiekowych1, lecz moze byc rozszerza¬ ne do przypadków odchylania promieni elektro¬ magnetycznych lub korpuskularnych.

Wiadome jest, ze wykrywanie ultradzwiekowe ma na celu badanie wlasciwosci materialów za pomoca fal ultradzwiekowych, to znaczy fal któ-. rych czestotliwosci sa wyzsze od slyszalnych. Przy wykrywaniu ultradzwiekowym stosuje sie badz pomiary predkosci fal, badz pomiary tlumienia. 2 Wykrywanie wad materialu za pomoca ultra¬ dzwieków jest na ogól realizowane poprzez prze¬ sylanie ciagu fal ultradzwiekowych przez mate¬ rial lub wzbudzanie fal w materiale i zbieranie ech powstajacych w wyniku wystepowania wad w tym materiale.

W przypadku wykrywania wad materialowych rur o duzych gabarytach stosuje sie dwa przetwor¬ niki zanurzone w naczyniach z woda, których ru¬ chy sprzezone sa ze soba. Jeden z przetworników usytuowany jest w plaszczyznie poludnikowej ru¬ ry i jego os jest nachylona w stosunku do normal¬ nej do krzywizny rury, umozliwiajac wykrywanie wad zorientowanych prostopadle do osi rury, czyli wad poprzecznych. Drugi przetwornik usytuowany w plaszczyznie równikowej, o osi zbieznej z osia rury, sluzy przede wszystkim do wykrywania wad zorientowanych równolegle do osi rury, czyli wad wzdluznych.

W rurach cienkosciennych lub cienkich blachach, do wykrywania wad materialowych stosuje sie fa¬ le Lamb'a, rozchodzace sie równolegle do powierz¬ chni materialu. Wówczas material pobudzany jest do drgan, co pozwala wykrywac wady niezaleznie od glebokosci, na której sie znajduja. Fale te, któ¬ re sa drganiami wlasnymi o geometrycznej konfi¬ guracji, moga jedynie wystepowac w materiale o danej grubosci, przy danej czestotliwosci i przy scisle okreslonych katach padania fal ultradzwie¬ kowych. Oznacza to, ze przykladowo dla rur cy- 1040623 104 062 4 lindrycznych ze stali nierdzewnej o grubosci scian¬ ki 0,5 mm i przy stosowaniu plytki piezoelektrycz¬ nej emitujacej ultradzwieki o czestotliwosci 4 MHz, kat padania wymagany do wzbudzania fal Lamb'a, podstawowego typu antysymetrycznego Ao, naj¬ bardziej stosowanego w tym przypadku, powinien wynosic 34°. Wylacznie promienie padajace na ru¬ re pod tym katem beda w stanie wzbudzic fale Lamb'a w rurze. Rozchodzenie sie tych fal jest uzaleznione od wystepowania lub niewystepowa¬ nia wad w rurze i ten fakt jest wykorzystywany dla wykrywania wad materialowych.

Wady materialowe moga byc wykrywane przez pomiar odstepu czasu pomiedzy momentem wy¬ slania wiazki fal a momentem powrotu do urza¬ dzenia odbiorczego odbitej wiazki fal lub ugietej w miejscu wystapienia wady.

Aby fale Lamb'a mialy dostatecznie duza ener~ gie pozostaje jeszcze do spelnienia, poza pierwszym warunkiem dotyczacym nachylenia padajacych pro¬ mieni, drugi warunek; ze liczba okresów fal Lamb'a, bedacych w fazie z falami wzdluznymi padajacej wiazki, powinna wynosic co najmniej 4 lub 5. Kat rozwarcia wiazki, wewnatrz której war¬ tosc kata padania jest bliska wymaganemu kato¬ wi do wzbudzania fal Lamb'a odpowiedniego ro¬ dzaju, powinien byc mozliwie duzy.

Spelnienie tych dwóch warunków nie stanowi problemu w przypadku wykrywania wad poprzecz¬ nych, jesli przeciecie plytki stanowiacej przetwor¬ nik, plaszczyzna okreslona osiami rury i prze¬ twornika, jest odcinkiem linii prostej, o dlugosci a, nachylonej pod katem 0 do powierzchni cylin¬ drycznej rury. Wówczas, promienie padajace na te plytke maja staly kat padania 0 i sa w fazach a zgodnych ha dlugosci rury równej — . Nato- cos 8 w przypadku wykrywania wad wzdluznych, po- miast warunki te sa bardzo trudne do spelnienia niewaz wówczas niezbedne jest aby promienie pa¬ dajace na rure i polozone w plaszczyznie prosto¬ padlej do osi rury, tworzyly kat o stalej wartosci z krzywizna rury.

Znane jest stosowanie przetworników do wykry¬ wania wad wzdluznych w rurach w postaci plas¬ kich plytek. W tym przypadku promien emitowa¬ ny przez srodkowa czesc przetwornika pada na cy¬ linder pod katem 0, lecz dwa promienie emito¬ wane przez konce przetwornika tworza katy rózne od tego pierwszego z normalna do cylindra w pun¬ ktach ich padania.

Dlugosc obwodu, dla którego fale sa w zgodnej fazie, jest bardzo mala, i w zwiazku z tym fale Lamb'a maja mala energie.

Znane jest równiez stosowanie przetworników stanowiacych polaczenie plytek z soczewkami cy¬ lindrycznymi o kolowym skupieniu. Chociaz uklad ten daje korzysci w porównaniu do plaskiego prze¬ twornika bez soczewki, to kat padania poszczegól¬ nych promieni wiazki, mierzony w stosunku do normalnej do krzywizny cylindra, nie jest staly.

Jak z powyzszego wynika znane rozwiazania te¬ go zagadnienia nie pozwalaja ha uzyskiwanie pro¬ mieni, które padalyby pod katem stalym w stosun¬ ku do krzywizny cylindra, co jest konieczne do prawidlowego wykrywania wad w przedmiotach o poprzecznym przekroju kolowym lub wielobocz- nym.

Zadaniem wynalazku jest zbudowanie deflekto- ra przetwarzajacego wiazke promieni równole¬ glych w wiazke promieni padajacych pod stalym katem na przedmiot walcowy, w szczególnosci do wzbudzania fal Lamb'a na powierzchniach przed¬ miotów walcowych o poprzecznym przekroju wie- lobocznym lub kolowym.

Deflektor przetwarza wiazke promieni równole¬ glych do tworzacych powierzchni przedmiotu wal¬ cowego na wiazke promieni, które padaja i wzbu¬ dzaja fale na tej powierzchni wzdluz rodziny linii kolowych lub lamanych) równoleglych do siebie.

Promienie przetworzonej wiazki tworza stale ka¬ ty padania w stosunku do normalnej do powierz¬ chni przedmiotu w punkcie, gdzie kazdy promien tej przetworzonej wiazki pada na te powierzchnie Kat padania przyjmuje jedna stala wartosc dla kazdego promienia z mozliwoscia zmiany tej war¬ tosci w druga.

Zgodnie z wynalazkiem deflektor przetwarzaja¬ cy wiazke promieni równoleglych do tworzacych powierzchni walcowego przedmiotu'wielosciennego w wiazke promieni padajacych na powierzchnie tego przedmiotu pod stalym katem, utworzony jest z wielu elementarnych, plaskich deflektorów, przy czym kazdej z plaszczyzn przedmiotu odpowiada co najmniej jeden elementarny deflektor zdefinio¬ wany kierunkiem jego normalnej, której rzut na tworzaca powierzchni przedmiotu jest proporcjo¬ nalny do cos a, na normalna do plaszczyzny przed¬ miotu do cos j. sin a, zas na os prostopadla do dwóch wymienionych rzutów do sin j. sin a, zas katy j oraz a sa okreslone zaleznoscia tg j = tg i • cos fl oraz cos 2a = ±sin i • sin fi, gdzie i jest wartoscia stalego kata padania promieni na po¬ wierzchnie przedmiotu, a fi jest katem zawartym pomiedzy kazdym z odcinków wielu prostolinio¬ wych odcinków parami zbieznych na krawedziach powierzchni przedmiotu a plaszczyzna prostopadla do tworzacych powierzchni przedmiotu, przy czym te odcinki prostoliniowe stanowia rodzine odcin¬ ków srubowej linii lamanej usytuowanych pod ka¬ tami prostymi do czól fal powiazanych wzdluz po¬ wierzchni przedmiotu z czolami fal zalamanych.

Plaszczyzny dwóch kolejnych, plaskich deflekto¬ rów elementarnych, odpowiadajacych dwóm ko¬ lejnym plaszczyznom przedmiotu wywodza sie je¬ dna z drugiej przez obrót i przesuniecie, przy czym obrót ten jest dokonywany wokól osi rów¬ noleglej do tworzacych powierzchni przedmiotu i usytuowanej w plaszczyznie równoleglej od dwóch krawedzi, ograniczajacych wybrana plasz¬ czyzne przedmiotu, zas kat obrotu jest równy ka¬ towi dwusciennemu, utworzonemu pomiedzy dwie¬ ma kolejnymi plaszczyznami. Przesuniecie jest do¬ konywane w kierunku równoleglym do tworza¬ cych powierzchni przedmiotu na odleglosc równa a • sin j • 'tg a, gdzie a oznacza szerokosc wybranej plaszczyzny.

Deflektor tak zbudowany zapewnia, ze promie¬ nie padajace na wspólna krawedz dwóch sasiadu- so 40 45 50 55 605 104062 6 jacych plaszczyzn ^ wysylane przez dwa kolejne, elementarne deflektory, sa w zgodnych fazach.

Deflektor wedlug wynalazku w róznych warian¬ tach wykonania jest taki, ze promienie odchylonej wiazki padaja na powierzchnie przedmiotu wzdluz kierunku normalnego do jego tworzacych i tworza staly kat z normalna do powierzchni plaszczyzny przedmiotu, takiego rodzaju, ze zbiór linii lama¬ nych jest zredukowany do zbioru kierunków rów¬ noleglych do powierzchni przedmiotu usytuowa¬ nych w plaszczyznie równikowej, prostopadlej do tworzacych.

W tym przypadku ^deflektor jest utworzony z wielu elementarnych plaskich deflektorów i kaz¬ dy taki deflektor przyporzadkowany jest jednej plaszczyznie powierzchni przedmiotu. Przeciecie kazdego z elementarnych deflektorów z plaszczyz¬ na usytuowana pod katami prostymi do tworza¬ cych powierzchni przedmiotu stanowi odcinek pro¬ stoliniowy, usytuowany wzgledem plaszczyzny . przedmiotu pod katem równym stalemu katowi padania promieni na powierzchnie przedmiotu, przy tym dwa takie prostoliniowe odcinki wyzna¬ czaja czesc dwóch kolejnych, elementarnych de¬ flektorów, równoleglych od krawedzi utworzonej z przeciecia sie dwóch kolejnych plaszczyzn przed¬ miotu. Kat zawarty pomiedzy kazdym z odcinków wielu prostoliniowych odcinków parami zbiezny¬ mi na krawedziach powierzchni przedmiotu a plasz¬ czyzna prostopadla do tworzacych powierzchni przedmiotu jest równy zero, natomiast rodzine od¬ cinków srubowej linii lamanej stanowi rodzina linii kierunkowych, usytuowanych w plaszczyznach równikowych pod katami prostymi do tworzacych przedmiotu.

W szczególnym przypadku elementarne deflek¬ tory tworza powierzchnie pryzmatyczna, przy czym kazdy z tych elementarnych deflektorów zwiaza¬ nych z wybrana plaszczyzna przedmiotu jest usy¬ tuowany pod katem a = —± y wzgledem tej plaszczyzny, zas kat zawarty pomiedzy kazdym z odcinków wielu prostoliniowych odcinków para¬ mi zbieznych na krawedziach przedmiotu a plasz¬ czyzna prostopadla do powierzchni przedmiotu jest równy z W czasie pracy deflektora wedlug wynalazku promienie przechodza przez scianki przedmiotu ze stala gestoscia, to znaczy, ze natezenie promienio¬ wania przypadajace na jednostke powierzchni przedmiotu moze bys stale, bez wzgledu na roz¬ wazana plaszczyzne powierzchni przedmiotu.

Sprawia to, ze promienie przybywaja ze stala okreslona gestoscia, a wszystkie plaszczyzny przed¬ miotu i obszary katowe sa poddawane promienio¬ waniu o tym samym natezeniu. W przypadku wzbudzania fal Lamb'a, pozadane jest aby poziom tych fal w materiale, w wyniku sumowania sie "" promieni wysylanych od wielu elementarnych de¬ flektorów wzdluz jednej linii, byl staly bez wzgle¬ du na rozpatrywana tworzaca, co pozwala wykryc wady w materiale niezaleznie od ich polozenia ka¬ towego, to znaczy bez wzgledu na to, na której tworzacej sa one usytuowane.

W przypadku, gdy przedmiot poddawany bada¬ niu jest cylindrem o poprzecznym przekroju kolo- . wym, to znaczy majacy symetrie obrotowa w sto¬ sunku do swej osi, deflektor jest utworzony przez ciagla powierzchnie, która moze byc. rozpatrywa¬ na jako powierzchnia ograniczona róznymi po¬ wierzchniami elemtarnych deflektorów, powyzej rozpatrywanych, a granice otrzymuje sie gdy je¬ dnoczesnie szerokosc wszystkich boków wieloboku l0 dazy do zera, zachowujac staly obwód, to znaczy, gdy liczba boków rosnie do nieskonczonosci. Nie¬ skonczenie male, elementarne deflektory lacza sie ze soba tworzac wówczas powierzchnie opisa¬ na nastepujacym równaniem we wspólrzednych l5 biegunowych: ^ z.ctga = /p-R2 ¦ sin2j +R • sin j • 6.

Ta graniczna powierzchnia moze byc rozwazana jako utworzona z bardzo duzej liczby prostych, graniczacych elementarnych, plaskich deflektorów, przy czym ich liczba rosnie do nieskonczonosci. To przejscie do granicy pokazuje, ze powierzchnia jest regularna i rozwinieta, co jest korzystne ponie¬ waz moze byc latwo wykonana przez frazowanie.

Podobnie jak poprzednio katy a oraz j sa okres¬ lone na podstawie zaleznosci tg j = tg i* cos fi oraz cos 2 a = ± sin i • sin /?.

Jak w wariantach poprzednich, aby promienie wiazki byly przedluzone w plaszczyznie równiko¬ wej, to znaczy w plaszczyznie prostopadlej do osi wzdluznej przedmiotu, kat zdefiniowany poprzed¬ nio jest bez znaczenia a odcinki prostoliniowe sa zastapione okregami. Powierzchnia deflektora spel¬ nia wówczas nastepujace równanie we wspólrzed¬ nych biegunowych osi Oz: z=V/r£2-R2 • sin2i + R • sin i • 0 W tym wariancie przekrój deflektora plaszczyz¬ no na pozioma jest rozwinieciem kola o stalej- dlu¬ gosci obwodowej.

W celu dopasowania opornosci pozornej korzyst¬ ne jest umieszczenie pomiedzy przetwornikiem i po¬ wierzchnia badana cieczy sprzegajacej, na przy- 45 klad wody. Ponadto, dla wzbudzania fal Lamb'a, szczególnie w cylindrach cienkich, mozna umies¬ cic przetwornik i deflektor wewnatrz lub na zew¬ natrz cylindra. W przypadku, gdy deflektor i prze¬ twornik sa umieszczone na zewnatrz objetosci 50 ograniczonej powierzchnia zewnetrzna cylindra, przetwornik jest wówczas przetwornikiem pier¬ scieniowym o tej samej osi co cylinder. Jesli elementarne plaskie deflektory zostana zoriento¬ wane tak jak okreslono poprzednia zaleznoscia i ksztalt powierzchni deflektorów jest zblizony jak tylko mozliwe do wzoru wyrazonego we wspól¬ rzednych biegunowych, to deflektory te moga byc praktycznie realizowane z dokladnoscia malych róznic pomiedzy konfiguracja geometryczna ide¬ alna a realizacja praktyczna.

Przedmiot wynalazku zostanie blizej omówiony na przykladach wykonania uwidocznionych na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat dzia- „ lania elementarnego deflektora w postaci plaskiej 657 104 062 8 plytki, wywolujace fale Lambda, fig. 2 — sche¬ mat dzialania elementarnego deflektora w postaci plaskiej plytki, skierowujacego promienie na zew¬ netrzna powierzchnie cylindra, fig. 3 — schemat zmiany nachylenia promieni padajacych na po¬ wierzchnie cylindryczna, skupianych przez plytke lub soczewke o skupieniu kolowym, fig. 4 — sche¬ mat dzialania elementarnego deflektora, kieruja¬ cego elementarny promien na zewnetrzna powierz¬ chnie cylindra o przekroju wielobocznym, fig. 5a — deflektor utworzony z wielu elementarnych de- flektorów jo plaskich powierzchniach, w widoku bocznym, zgodnym z plaszczyzna równikowa przed¬ miotu cylindrycznego, fig. 5b — ten sam deflektor w widoku z góry, fig. 6 — deflektor o ksztalcie zblizonym do ostroslupa scietego w widoku per¬ spektywicznym, fig. 7 — schemat dzialania ele¬ mentarnego deflektora, kierujacego elementarny promien na zewnetrzna powierzchnie cylindra o przekroju kolowym, fig. 8 — deflektor uformo¬ wany wzdluz powierzchni srubowej, usytuowany na zewnatrz elementu cylindrycznego o przekro¬ ju kolowym, w widoku perspektywicznym, fig. 9 —- deflektor uformowany wzdluz powierzchni sru¬ bowej, usytuowany wewnatrz elementu cylindrycz¬ nego o przekroju kolowym, w widoku perspekty¬ wicznym, fig. 10 — deflektor uformowany wzdluz srubowej powierzchni stozkowej, w widoku per¬ spektywicznym.

Na fig. 1 przedstawiono deflektor 4 o zalozonej dlugosci i kacie nachylenia 0 w stosunku do gór¬ nej plaszczyzny plytki 2, w której wzbudzane sa fale Lamb'a. Deflektor emituje wiazke promieni równoleglych o dlugosci fali równej h. Promienie wiazki fal tworza kat 6 z normalna do powierz¬ chni plytki 2. Fale Lamb'a 6 o dlugosci h. bedace w fazie z falami padajacymi o dlugosci h, spelnia¬ ja zaleznosc ta =h v sin 0.

Na fig. 2 przedstawiono deflektor 4, emitujacy wiazke promieni równoleglych, padajacych na cien¬ koscienna rure, której powierzchnia zewnetrzna C ma przekrój kolowy o promieniu R i srodku 0.

Promien 5 emitowany przez dolny koniec deflek¬ tora 4 pada na okreg pod katem 0', wyraznie mniejszym od kata 0 odpowiadajacego promienio¬ wi 7 emitowanemu ze srodka deflektora, podczas gdy promien 9 emitowany przez górny koniec de¬ flektora 4 pada na okreg pod katem 0'" znacznie wiekszym od kata 0, pod kfórym pada promien 7 emitowany ze srodka deflektora. W tej realizacji znaczna czesc wiazki emitowanej przez deflektor nie wzbudza fal Lamb'a w sciankach rury, innymi slowy sprzezenie pomiedzy deflektorem i powierz¬ chnia C rury jest bardzo slabe.

Na fig. 3 przedstawiono deflektor skupiajacy fa¬ le na powierzchni C cyiindra o przekroju kolowym, przeznaczony do zmniejszenia zmian nachylenia promieni padajacych na te powierzchnie C. Ten deflektor ma ksztalt plytki L stanowiacej wycinek scianki cylindrycznej, której ogniskowa przechodzi przez punkt N i jest równolegla do osi 0 cylindra.

Kat a jest równy polowie kata rozwarcia wiazki zbieznej w punkcie N. Promienie pochodzace z kranców plytki L przecinaja powierzchnie C w punktach A i B. Punkty A, B, N i O znajduja sie na umownym okregu. Punkt ogniskowy N wiazki lezy na okregu okreslonym przez srodek O cylindra i ekstremalne punkty A i B padania promieni na powierzchnie cylindra. Katy pada- nia w punktach A i B sa równe 0 —s. Dla wiek¬ szych dlugosci luków AB i przy wiekszych dlu¬ gosciach wzbudzanych fal Lamb'a w sciance cy¬ lindra, wystepuje znaczna zmiana kata padania, co jest sprzeczne z pierwszym, uprzednio okreslo- nym warunkiem wzbudzania fal Lamb'a.

Na fig. 4 przedstawiono geometryczne parame¬ try okreslajace deflektor wedlug wynalazku. Plasz¬ czyzna Pi powierzchni C wielosciennego cylindra oparta jest na osiach Ox i Oz, przy czym os Oz biegnie wzdluz krawedzi Ai tej plaszczyzny.

Plaszczyzna oparta na osiach Ox i Oy jest prosto¬ padla do tworzacych tej plaszczyzny Pi i osi Oz.

Wymagane jest, aby istnialy fale wzdluz zbioru linii lamanych nachylonych pod katem /? w sto- sunku do plaszczyzny prostopadlej do tworzacych, a linie te sa utworzone z licznych polaczonych od¬ cinków, z których jeden TV jest pokazany na fig. 4. * Wiazka promieni równoleglych emitowanych przez zródlo promieniowania nie pokazane na ry¬ sunku, jest wiazka równolegla do tworzacych plasz¬ czyzny Pi. Promien PM jest jednym z tych pro¬ mieni. Punkt M jest punktem deflektora, w któ¬ rym odbija sie promien PM w kierunku MA, n jest normalna do powierzchni deflektora w punk¬ cie M, zas katy a sa katami odpowiednio padania i odbicia na tym samym deflektorze. Promien od¬ bity MA tworzy staly kat i z normalna nx do plaszczyzny Pi w punkcie A znajdujacym sie na odcinku TV. Punkt N jest rzutem punktu M na plaszczyzne xOy, tak samo jak punkt B jest rzu¬ tem punktu A na te sama plaszczyzne. Odcinek KMJ rezprezentujacy przeciecie deflektora plasz¬ czyzna pozioma, równolegla do plaszczyzny xOy, 40 przechodzi przez punkt M deflektora Mi, przypo¬ rzadkowanego plaszczyznie Pi. Rzutem odcinka KMJ na plaszczyzne xOy jest odcinek K'NJ\ Punkt E jest rzutem punktu M na normalna ni do plaszczyzny Pi w punkcie A. Elementarne roz- 45 wazania geometryczne pokazuja, ze wszystkie ka¬ ty oznaczone tymi samymi oznaczeniami takimi jak i, j, «, ^, sa katami równymi. W istocie kat j pomiedzy odcinkiem K'NJ' i osia Ox jest równy katowi j w trójkacie NBB', poniewaz odpowiednie 50 tworzace tych katów sa prostopadle do siebie (od¬ cinek BB' jest normalna do osi Ox w punkcie B).

Z trójkatów AMC, AME, AEC i MCE wynika, ze katy i, j, « i fi sa powiazane zaleznosciami: tg j = = tg i • cos fi oraz cos 2« = ± sin fi • sin i. Z te- $5 go rysunku latwo zauwazyc, ze kat j pomiedzy plaszczyzna Pi i odcinkiem KMJ lezacym na po¬ wierzchni deflektora, w plaszczyznie prostopadlej do tworzacych plaszczyzny Pi jest katem stalym o wartosci bedacej funkcja katów i i fi wedlug po- 60 danej wyzej zaleznosci. Mozna byloby charaktery¬ zowac sama powierzchnie deflektora Mi innym przekrojem, na przyklad linia WMZ powstala przez przeciecie deflektora plaszczyzna padania promie¬ ni na deflektor, to znaczy plaszczyzna okreslona gg prosta PM i normalna n deflektora. Latwo zau-9 104 062 wazyc, ze kat pomiedzy linia WMZ i plaszczyzna padania promieni, a osia Oz, to jest kierunkiem tworzacych plaszczyzny cylindra, jest równy 2 Elementarne obliczenia geometryczne wskazuja, ze-normalna n do deflektora w punkcie M ma co- sinusy kierunku wzdluz osi Ox, Oy, Oz równe sin a*sin j, sin crcos j, cos a przy czv|picaty a i j oblicza sie w oparciu o znane katy^^i w zaleznos¬ ci cos 2a = sin^«sin i oraz tg j = tg i-cos^. Trzy cosinusy kierunku normalnej n sa wiec dokladnie znane, co okresla w sposób absolutny nachylenie plaszczyzny deflektora przechodzacego przez punkt M. To okreslone nachylenie plaszczyzny elemen¬ tarnego deflektora spelnia warunek konieczny do tego, aby promienie powstajace z dwóch kolejnych deflektorów i padajace na ten sam punkt osi ta¬ kiej jak Oz byly w fazie. Deflektor Mi+i powstaje z deflektora Mi poprzez obrót wokól osi równole¬ glej do tworzacych kata dwusciennego utworzonego przez plaszczyzny Pi, Pi+i, i nastepnie przesuniecie równolegle do osi Oz o wartosci OT* sin j-tga.

Na fig. 5a i, 5b przedstawiono deflektor zwiaza¬ ny z powierzchniami C cylindra o przekroju szes- ciokata równobocznego. Fig. 5a i 5b odpowiadaja przypadkowi szczególnemu, gdy promienie takie jak promien 24, odchylone przez deflektor, leza w plaszczyznie prostopadlej do tworzacych powierz¬ chni cylindra. Na fig. 5b przedstawiono deflektor i cylinder, przesuniete w wysokosci tila jasnego rozpatrzenia rysunku. Deflektor zawiera liczne ele¬ mentarne deflektory D! — D8. Rozpatrzono promie- • nie wiazki F, które padaja na odcinki C^Bz, BiA2, AiF2 deflektora, i które sa odbijane przez powierz¬ chnie tych deflektorów w plaszczyznie równiko¬ wej. Promienie odbitej wiazki, lezace w plaszczyz¬ nie równikowej, takie jak promien 26 tworza kat i z plaszczyzna zwiazana z powierzchnia cylin¬ dryczna, jak pokazuje rysunek.

Mozna sprawdzic, ze odcinelj A2B1 przekroju de¬ flektora D2 w plaszczyznie równikowej walca two¬ rzy kat i z krawedzia plaszczyzny zwiazanej z wal¬ cem i jest reprezentowany przez kat pomiedzy przedluzeniem odcinków A0B0 i AA. Elementar¬ ne deflektory Dl9 D2, itd. sa polaczone plaszczyz¬ nami takimi jak 30, 32, itd, które nie sa konieczne dla dzialania deflektora wedlug wynalazku, lecz pozwalaja w latwy sposób wykonac deflektory D^ D2, itd. poprzez wyginanie tasmy przy precyzyjnym orientowaniu plaszczyzn tych deflektorów. Promie¬ nie wiazki F padajace na odcinki C^, BtA2, A^ sa odbijane w plaszczyznie równikowej, do powierz¬ chni C i wzbudzaja fale na odcinkach CoBo, B0A0j A0Fó. Krawedz Ao jest jednakowo odlegla od pun¬ któw Aj i A2, co powoduje, ze fale wystepujace w punkcie Ao, a pochodzace od dwóch elementarnych deflektorów Di i D2 sa w fazie. Tak samo odle¬ glosci B0Bi i B0B2 sa równe, co powoduje, ze fale pochoclzace od dwóch elementarnych deflektorów D2 i Di sa w punkcie B0 w zgodnej fazie. To zja¬ wisko jest ogólne, a róznica dróg pomiedzy dwo¬ ma promieniami padajacymi na dwa rózne punkty powierzchni C odpowiada scisle róznicy faz fal wzbudzanych w materiale pomiedzy dwo¬ ma punktami, gdzie promienie padaja na rure, co w efekcie daje to, ze fale wzbudzane przez wszy¬ stkie promienie pochodzace z przetwornika i od¬ chylane przez elementarne deflektory sa w fazie.

Niezbedne jest pokazanie, ze fale wystepujace we wszystkich punktach przedmiotu maja te sa¬ ma wartosc wzbudzenia. Fale wystepujace Fo sa wywolane sumarycznym dzialaniem promieni pa¬ dajacych na odcinki C0Bo, B0A0, AóFó. Promienie wysylane na trzy odcinki pochodza od promieni wiazki F, skierowanej przez elementarne deflek¬ tory o dlugosci odcinków CiB2, BjAj i A^, Poziom wzbudzanej fali Lamb'a w punkcie Fo bedzie pro¬ porcjonalny do lacznej dlugosci odcinków CiB2, B1A2 i AiF2, to jest 3 \/Ssl/2. Deflektor powinien byc takiego ksztaltu, aby laczna dlugosc przeciec elementarnych deflektorów wszystkimi plaszczyz¬ nami, prostopadlymi do tworzacych róznych czesci deflektora, byla stala. W ten sposób poziom wzbu¬ dzania we wszystkich punktach obwodu .AoBoCo- DoEoFo laczy sie ze wzbudzeniami pochodzacymi ód czesci deflektorów o stalej lacznej dlugosci, co powoduje, ze poziom wzbudzenia jest staly.

W przypadku pokazanym na fig. 5a i 5b kat i jest równy 30° i deflektor stosuje sie do obser¬ wacji wad wzdluznych, to znaczy wad równole¬ glych do osi powierzchni C. Na fig. 5b pokazano linia przerywana przetwornik T wysylajacy w kie¬ runku deflektora wiazke promieni F. Przeciecia elementarnych deflektorów Di, Di, itd, z plaszczyz¬ na równikowa sa przesuniete w taki sposób, ze odleglosci pomiedzy dana krawedzia i . dwoma sciankami, które ja oswietlaja, sa równe ze wzgle¬ du na ciaglosc fazy przy przejsciu z jednej plasz¬ czyzny na druga. Odcinek pseudolinii powstalej na róznych deflektorach Di, D2 .... D8 jest równy 6a. sin i, przy czym odcinek a, jak pokazano na fig. 5a, jest szerokoscia boku szesciokata utworzonego z przekroju powierzchni C plaszczyzna równikowa.

Mozna sprawdzic, ze dwa dowolne elementarne de¬ flektory nastepujace po sobie, na przyklad DL i Di sa utworzone tak, ze jeden otrzymuje sie z dru¬ giego przez obrót o 60° wokól osi cylindra szescio- bocznego i nastepnie przesuniecie równolegle w stosunku do tworzacych o wartosc a* sin i. Mozna tak otrzymac wszystkie elementarne deflektory, • to znaczy odcinek linii rozwazanej po przesunie¬ ciu o wartosc 6a.sin i, pozostaje odcinkiem linii.

Przetwornik T i deflektor sa na ogól ustalone w swym polozeniu, i jest mozliwe obserwowanie zna¬ nej powierzchni C przesuwajac wewnatrz wzdluz jej osi, razem polaczonych przetwornika i deflek¬ tora. Mozna takze obserwowac rury o przekroju wielobocznym na calym ich powierzchniach, a prze¬ twornik T pracujacy jako nadajnik — odbiornik jest przesuwany do lej plaszczyzny.

Na fig. 6 pokazano deflektor sluzacy do obser¬ wacji wad poprzecznych w scianach cylindra o przekroju szesciokata równobocznego. Wiazka promieni emitowana przez przetwornik *T odbija sie od powierzchni Px i P2 deflektora, a nastepnie pada pod stalym katem i, równym 30", na zew¬ netrzna powierzchnie C. Promienie wiazki sa w 85 40 45 50 5511 104 062 12 zgodnej fazie wzdluz tworzacej powierzchni C.

Wszystkie tworzace powierzchni C sa poddane promieniowaniu o stalej mocy, poniewaz odcinek A*B" jest staly, jako ze jest przecieciem elemen¬ tów deflektora plaszczyznami równoleglymi do tworzacych powierzchni C i prostopadlymi do kra¬ wedzi. Ten deflektor sluzy do obserwacji wad po¬ przecznych w sciankach elementu cylindrycznego, o przekroju szesciokata foremnego. Zgodnie z fig. mozna stwierdzic, ze wszystkie punkty tworza¬ cych sa pobudzane fala o jednakowej amplitudzie i natezenie promieniowania na tworzacych jest sta¬ le we wszystkich punktach. Deflektory tworza re¬ gularny sciety ostroslup o szesciu bokach, którego kazdy bok tworzy kat a = + — z plaszczyzna 4 2 zwiazana z powierzchnia C. Znak ± w wyrazeniu okreslajacym kat « =— ±— zalezy, czy jest kie- 4 2 rowana na deflektor wiazka promieni F pod ka¬ tem 2 a_ ostrym czy rozwartym. W przypadku ka¬ ta 2 a ostrego, pokazanego na rysunku, promienie wiazki podnosza sie w stosunku do poziomu, pod¬ czas gdy w przypadku kata 2 a rozwartego obni¬ zaja sie.

Na fig. 7 pokazano parametry geometryczne na drodze promieni padajacych wzdluz linii H kolis¬ tej i ciaglej na powierzchni cylindrycznej C. Pa¬ rametry geometryczne takie jak katy i, j, a i fi de^ finiuja postac geometryczna powierzchni tworza¬ cej deflektor. Promien PM, równolegly do osi Oz cylindrycznej powierzchni C, pada w punkcie M na plaszczyzne deflektora i odbija sie wzdluz od¬ cinka dHA, który tworzy kat padania i z normal¬ na Ni do powierzchni C w punkcie A. Punkt M rzutuje sie pionowo wzdluz prostej równoleglej do tworzacych powierzchni cylindrycznej w punkt N, lezacy na plaszczyznie xOy, w której lezy odcinek NB, tworzacy staly kat j z normalna do powierz¬ chni cylindrycznej C. Sposobem bardziej geome¬ trycznie definiujacym plaszczyzne deflektora od rzutu normalnych do plaszczyzny deflektora, jest przyjecie nowej powierzchni cylindrycznej, w przekroju kolowej o promieniu l=R'sin j, prze¬ chodzacej przez punkt F. Promienie padaja na li¬ nie H, przechodzaca przez punkt A i reprezento¬ wana linia o podwójnej grubosci. Linia styczna w punkcie A do tej linii H, tworzy kat fi z plasz¬ czyzna prostopadla do tworzacych, to znaczy plasz¬ czyzny xOy. Wlasciwosci rzutów normalnej n do deflektora na powierzchnie xOy, które tworza ko¬ lo o promieniu R • sin j, powoduja, ze przekrój plaszczyzny deflektora ta plaszczyzna jest ewol- wenta kola w promieniu R*sin j, przy czym kat j ckreslony jest katami i i fi wedlug zaleznosci tg j = tg i • cos fi.

Na fig. 8 przedstawiono deflektor M o równaniu z • ctga = ]A2-R2 • sin2j+R • sin j 0, definiowany w oparciu o tworzace prostoliniowe w przypadku, gdy ten deflektor otacza cylinder 40 o promieniu R. Powierzchnia deflektora M jest po¬ wierzchnia regularna. Pierwsza prostoliniowa two¬ rzaca 52, wychodzaca z punktu A, lezy na okregu 54 o promieniu R • sin j. Ta tworzaca znajduje sie w plaszczyznie 56 stycznej do powierzchni cylin¬ dra 40. Tworzaca 52 tworzy kat a równy -z plasz- 4 czyzna prostopadla do osi Oz. Druga tworzaca 58, odpowiadajaca obrotowi o — , wychodzaca z ptm- ktu B lezacego na tworzacej cylindra o promieniu R • sin j, zt^jduje sie w odleglosci od plaszczyz- . " *. i i * i • II • R • sin i • tg« ny zawierajacej punkt A równej -——.

L Ta tworzaca jest zawarta w plaszczyznie stycznej do walca o promieniu R • sin j oraz osi Oz i two¬ rzy kat a z plaszczyzna prostopadla do osi Oz.

Tworzace 60, 62, 64 otrzymuje sie w ten sam spo¬ sób. Tworzaca 64 otrzymano w oparciu o punkt C lezacy na powierzchni cylindrycznej o promie¬ niu R • sin j. Odcinek AC równolegly do osi Oz ma dlugosc 2IIR • sin j • tg a. Tworzaca 64 jest równolegla do tworzacej 52. Na fig.N 8 przyjeto fi = 0 i a = 45°, wobec czego promienie odchylone przez deflektor M padaja na powierzchnie cylin¬ dra 40 w plaszczyznie prostopadlej do tworzacych, a linie H, rozwazane w zwiazku z fig. 7, redukuja sie do okregów.

Na fig. 9 przedstawiono deflektor M i przetwor¬ nik, umieszczone wewnatrz cylindra 68 o promie¬ niu wewnetrznym R. Promienie emitowane przez- przetwornik równolegle do osi Oz sa odbijane przez deflektor M i padaja na powierzchnie wewnetrzna cylindra 68/pod stalym katem i. Promienie te oz¬ naczono cyframi 72, 74, 76.

Na fig. 10 przedstawiono widok perspektywicz¬ ny deflektora M z fig. 8, w przypadku gdy jest on wykonany za pomoca frezowania. Powierzch¬ nie odbijajaca deflektora M oznaczono cyfra 200, badana rure cylindryczna znajdujaca sie wewnatrz deflektora oznaczono cyfra 201. Pozostawiona jest przestrzen pomiedzy rura 201, poddawana bada¬ niu i deflektorem M, aby rura mogla byc swobod¬ nie przesuwana wewnatrz deflektora.

Zbiory przetworników i deflektorów wedlug wy¬ nalazku pozwalaja wykrywac z bardzo duza czu¬ loscia wady wzdluzne w sciankach cylindrycznych przedmiotów, dzieki wzbudzanym w zgodnych fa¬ zach falom Lamb'a z promieniami padajacymi pod stalym katem na powierzchnie scianki tego przed¬ miotu. Regulowanie obrotu wzglednego plaszczyzn deflektora w stosunku do przetwornika staje sie wiec niepotrzebne przy badaniu wszystkich po¬ wierzchni przedmiotu. Ponadto, deflektor M moze byc okreslony funkcja nachylenia y wad w stosun¬ ku do osi, rury, zakladajac, ze fi=y.

Mozna stosowac takze, na przyklad dwa przetworniki umieszczone naprzeciw deflektora M. z których jeden jest przeznaczony dla wad po¬ przecznych, a drugi dla wad wzdluznych. Wystar¬ cza wówczas badanie wykonane przez jednorazo¬ we przesuniecie rury, zamiast skomplikowanych jej ruchów przy znanych metodach.

Kontrole te moga byc czesto stosowane do cien¬ kich scian cylindrycznych, gdzie wzbudzanie fal Lamb'a jest szczególnie skuteczne. Do ciaglej kon¬ troli rur metalowych przez zbiór przetworników 40 45 50 55 6013 104 062 14 i deflektorów, na przyklad umieszczonych na ze¬ wnatrz rury, maja szczególnie zastosowanie przy¬ rzady zbudowane wedlug wynalazku. Mozna takze kontrolowac pelne prety na pewnej glebokosci od powierzchni.

Ponadto oprócz stosowania deflektorów wedlug wynalazku do wzbudzania fal Lamfra, mozliwe jest wzbudzanie fal na okreslonej glebokosci, sto¬ sowanie luster f soczewek. W efekcie, jesli wysla¬ ne zostana do powierzchni cylindra, na przyklad fale wzdluzne, których promienie tworza kat sta¬ ly z normalna do powierzchni cylindra w punkcie padania, to fale wzbudzane w materiale, poprzecz¬ ne lub podluzne, wystepuja tylko w obszarze za¬ wartym pomiedzy powierzchnia zewnetrzna i po¬ wierzchnia odpowiednich promieni, wywolywa¬ nych przez zalamanie.

W celu unikniecia zjawisk znikomego rozprosze¬ nia korzystne jest wywolywac w sciankach o ma¬ lej grubosci, fale o stalym nachyleniu, przebiega¬ jace zygzakiem pomiedzy dwiema powierzchniami badanego przedmiotu.

Claims (7)

Zastrzezenia patentowe

1. Deflektor przetwarzajacy wiazke promieni równoleglych do tworzacych powierzchni walco¬ wego przedmiotu wielosciennego w wiazke promie¬ ni padajacych na powierzchnie tego: przedmiotu pod stalym katem padania, znamienny tym, ze jest utworzony z wielu elementarnych deflektorów plaskich, przy czym kazdej z plaszczyzn (Pi) przed¬ miotu odpowiada co najmniej jeden elementarny deflektor (Mi) zdefiniowany kierunkiem jego nor¬ malnej (n), której rzut na tworzaca powierzchni przedmiotu jest proporcjonalny do cos a, na nor¬ malna do plaszczyzny (Pi) przedmiotu do cos j-sin a, zas na os prostopadla do dwóch wymienionych rzutów do sin j • sina, zas katy (j) oraz (a) sa okreslone zaleznoscia tg j = tg i • cos fi oraz cos 2a = ± sin i • sin fi, gdzie (i) jest wartoscia stale¬ go kata padania promieni na powierzchnie przed¬ miotów, a (fi) jest katem zawartym pomiedzy kaz¬ dym z odcinków wielu prostoliniowych odcinków parami zbieznych na krawedziach powierzchni przedmiotu a plaszczyzna prostopadla do tworza¬ cych powierzchni przedmiotu, przy czym te odcin¬ ki prostoliniowe stanowia rodzine odcinków sru¬ bowej linii lamanej usytuowanych pod katami prostymi do czól fal powiazanych wzdluz powierz¬ chni przedmiotu z czolami fal zalamanych, a przy tym plaszczyzny dwóch kolejnych plaskich deflek¬ torów elementarnych (Mi), (Mi+i), odpowiadajacych dwóm kolejnym plaszczyznom (Pi), (Pi+i) przed¬ miotu wywodza sie jedna z drugiej przez obrót i przesuniecie, przy czym obrót ten jest dokony¬ wany wokól osi równoleglej do tworzacych po¬ wierzchni (C) przedmiotu i usytuowanej w plasz¬ czyznie równoodleglej od dwóch krawedzi (Ai, Ai+i), ograniczajacych wybrana plaszczyzne (Pi) przedmiotu, zas kat obrotu jest równy katowi dwu- sciennemu, utworzonemu pomiedzy dwiema kolej- - nymi plaszczyznami (Pi, Pi+i), natomiast przesu¬ niecie jest dokonywane w kierunku równoleglym do tworzacych powierzchni przedmiotu na odle¬ glosc równa a*sin j*tga, gdzie a oznacza szero¬ kosc plaszczyzny (Pi).

2. Deflektor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przeciecie kazdego z elementarnych deflekto^ rów (Mi) z plaszczyzna usytuowana pod katami prostymi do tworzacych powierzchni przedmiotu stanowi odcinek prostoliniowy, usytuowany wzgle¬ dem plaszczyzny (Pi) przedmiotu pod katem (i) równym stalemu katowi padania promieni na po¬ wierzchnie przedmiotu, przy czym dwa takie pro¬ stoliniowe odcinki wyznaczaja czesc dwóch kolej¬ nych, elementarnych deflektorów (Mi, Mi+i), rów¬ noodleglych od krawedzi (Ai) utworzonej z prze¬ ciecia sie dwóch kolejnych plaszczyzn (Pi, Pi+i), zas kat (fi) zawarty pomiedzy kazdym z odcinków wie¬ lu prostoliniowych odcinków parami zbieznych na krawedziach powierzchni przedmiotu a plaszczyz¬ na prostopadla do tworzacych powierzchni przed¬ miotu jest rówjiy zero, natomiast rodzine odcin¬ ków srubowej linii lamanej stanowi rodzina linii kierunkowych, usytuowanych w plaszczyznach równikowych pod katami prostymi do tworzacych przedmiotu (C).

3. Deflektor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elementarne deflektory plaskie (Mi) tworza po¬ wierzchnie pryzmatyczna, przy czym kazdy z tych elementarnych deflektorów zwiazanych z plasz¬ czyzna (Pi) przedmiotu (C) jest usytuowany pod katem a= + -L wzgledem tej plaszczyzny, zas 4 2 kat (fi) zawarty pomiedzy kazdym z odcinków wie¬ lu prostoliniowych odcinków parami zbieznych na krawedziach powierzchni przedmiotu a plaszczyzna prostopadla do tworzacych powierzchni Tprzedmio- tu jest równy— •

4. Deflektor wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze w kazdej plaszczyznie prostopadlej do tworza¬ cych przedmiotu dlugosc odcinków utworzonych w przekroju elementarnych deflektorów (Mi) ta plaszczyzna jest stala.

5. Deflektor przetwarzajacy wiazke promieni równoleglych do tworzacych powierzchni walco¬ wego przedmiotu w przekroju poprzecznym kolo¬ wego w wiazke promieni padajacych na powierz¬ chnie tego przedmiotu pod stalym katem, znamien¬ ny tym, ze jego powierzchnie odbijajaca promienie stanowi czesc powierzchni spelniajacej we wspól¬ rzednych biegunowych osi (Oz) równoleglej do osi wzdluznej przedmiotu (C) równanie z-ctga= /p _ R2 . Sjnij +R . fein j e, gdzie katy (a) oraz (j) sa okreslone na* podstawie zaleznosci tg j = tg i • cos fi oraz cos 2a = ± sin i-sin^, przy czym kat (i) jest stalym katem pa¬ dania promieni na powierzchnie przedmiotu, zas kat (fi) jest katem zawartym pomiedzy plaszczyzna prostopadla do tworzacych powierzchni przedmio¬ tu a stycznymi do linii srubowej na powierzchni przedmiotu o skoku 211 • R • tg fi, gdzie (R) ozna¬ cza wartosc promienia kola w przekroju poprzecz¬ nym przedmiotu.

6. Deflektor wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze powierzchnie odbijajaca promienie przedluzone w plaszczyznie prostopadlej do osi wzdluznej przed¬ miotu stanowi czesc powierzchni spelniajacej we 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6015 104 062 16 wspólrzednych biegunowych osi (Oz) równanie z = l/^P-R* • sin2 i +R • sin i • 0.

7. Deflektor wedlug zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, ze linie przeciecia powierzchni odbijajacej promienie z plaszczyznami prostopadlymi do two¬ rzacych przedmiotu (C) sa lukami ewolwenty okre¬ gu, majacymi stala dlugosc.104 062 \ FIG.5a /104 062 OZGraf. Lz. 1002 (105 + 17); Cena 45 zl