RO125257B1 - Procedeu şi aparat de control nedistructiv - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi la un aparat de control nedistructiv a produselor feroase, neferoase sau nemetalice. Procedeul de control nedistructiv, conform invenţiei, este bazat pe analiza propagării şi atenuării undelor elastice provocate printr-un impuls mecanic, produs de o bilă (5) metalică ce percutează, în cădere liberă, un produs (1) de testat şi generează în acesta unde elastice logitudinale, transversale şi/sau de suprafaţă, undele elastice, care se propagă cu viteze diferite, fiind recepţionate de doi sau mai mulţi senzori (9) plasaţi pe suprafaţa produsului (1), senzori care transmit semnale electrice către un vibrometru (11) cu mai multe canale, ce înregistrează principalele mărimi ce caracterizează vibraţiile, semnalele de la vibrometru (11) fiind preluate de o placă de achiziţie (12) şi transmise unui computer (13), unde sunt comparate cu semnale obţinute de la produse etalon fără defecte, computerul (13) transmiţând informaţia către o interfaţă (14) de comandă, marcându-se astfel produsul testat ca fiind calitativ corespunzător sau necorespunzător. Aparatul pentru control nedistructiv, folosit pentru aplicarea procedeului, este alcătuit dintr-un sistem de percuţie realizat sub forma unui tub de ghidare (7), prin care cade liber o bilă (5) feromagnetică, ce loveşte un produs (1) de testat, ridicându-se apoi şi fiind reţinută de un magnet (8) poziţionabil pe verticală, evitând un al doilea impact asupra produsului (1), plasat pe un suport (2), aşezat, la rândul lui, pe o placă (4) amortizoare, fonoabsorbantă, suportul (2) fiind prevăzut cu reazeme (3) poziţionabile şi reglabile pe înălţime, iar pe supra

Description

Invenția se referă la un procedeu și la un aparat de control nedistructiv al produselor feroase, neferoase sau nemetalice, de forme și dimensiuni diverse, în care, prin impuls mecanic, sunt generate unde mecanice, care sunt recepționate de doi sau mai mulți senzori, semnalele receptate stând la baza evaluării calității produsului supus controlului.

Sunt cunoscute mai multe procedee de control nedistructiv, fiecare dintre acestea având dezavantaje specifice. Controlul nedistructiv cu ultrasunete nu permite identificarea defectelor aflate în imediata apropiere a suprafețelor produselor. Controlul nedistructiv prin analizare magnetică nu permite vizualizarea defectelor din profunzimea obiectelor cercetate, iar controlul cu radiații penetrante implică timp îndelungat, cheltuieli ridicate și evaluări vizuale subiective.

în ultima vreme, au fost dezvoltate procedee de analiză a proprietăților bazate pe analiza emisiei acustice. în principiu, aceste procedee se bazează pe generarea, în obiect, a unor trenuri de impulsuri, produse pe cale electromagnetică, electrostatică, magnetostrictivă sau laser. O mulțime de brevete se referă la astfel de metode de evaluare a proprietăților, respectiv, a calității (US 4277977, US 4309903, US 4417478, US 4428236, US 5140858, US 5191558, US 5526689, US 5651371, US 5929315, US 6823736, US Appll./513334, US Appll./586375, US ApplL/616723).

Se cunosc, de asemenea, cererile de brevet japoneze JP 2000 214139 și JP 111423309, care se referă la o metodă și, respectiv, un dispozitiv pentru evaluarea caracteristicilor fizice ale unor materiale elastoplastice, folosind vibrațiile. Metoda constă în a lăsa să cadă o bilă de oțel pe probă și în a culege, cu un microfon, forma de undă a sunetului emis. Semnalul electric de la microfon este amplificat, stocat într-o memorie și caracteristicile vibrației sunt analizate cu un analizor de forme de undă. Proprietățile probei sunt evaluate și afișate. Dispozitivul de testare, prezentat în a doua cerere de brevet, conține un tub vertical, care ghidează o bilă. Un ax conducător se mișcă în tub, ridicând bila cu ajutorul unui magnet permanent, instalat în vârful acestuia. O platformă de oprire, plasată într-o poziție predeterminată, izolează bila de magnet.

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția, este îmbunătățirea testării calității produselorferoase, neferoase sau nemetalice, folosind unde elastice, provocate printr-un impuls mecanic.

Procedeul și aparatul, care fac obiectul prezentei invenții, sunt diferite de cele existente, prin modul diferit de analizare a undelor mecanice în obiectele supuse controlului.

în principiu, obiectul supus controlului este percutat de o bilă în cădere liberă, impulsul mecanic generează unde elastice, care se propagă prin întreaga masă a obiectului cercetat, undele suferă reflectări și interferențe, iarîn timp se atenuează. Doi sau mai mulți senzori, caresuntîn contact cu suprafața obiectului, percep semnale diferite, care sunt achiziționate și analizate de un computer. Prezența unor defecte (abateri dimensionale, tratament termic necorespunzător, retasuri, incluziuni, pori, fisuri ș.a.) produc modificări ale semnalelor recepționate de către senzori. Unul sau mai multe obiecte, analizate prin alte procedee de control nedistructiv și evaluate că au o calitate corespunzătoare, sunt considerate etalon, pentru semnalele percepute de senzori. Pentru alte obiecte la care senzorii Înregistrează semnale care ies din spectrul acceptat, poate fi trasă concluzia că nu sunt calitativ corespunzătoare.

Procedeul și aparatul pot fi utilizate la operația de sortare a produselor de serie mare, în diferite faze tehnologice, respectiv, la identificarea produselor care nu corespund parametrilor impuși.

RO 125257 Β1

Invenția prezintă următoarele avantaje:1

- controlul global al calității produselor, evidențierea defectelor de tipul: abateri dimensionale, defecte ale microstructurii (abateri de la duritate, incluziuni nemetalice,3 segregații, retasuri, pori, fisuri), pe fluxul tehnologic de fabricație, precum și la recepția produsului finit;5

- etalonare simplă și rapidă, pe baza unor produse etalon, acceptate ca fiind calitativ corespunzătoare;7

- timp scurt de control și evaluare;

- posibilitatea automatizării și controlul total al produselor de serie mare;9

- este ușor de realizat, utilizat, întreținut.

Aparatul de control nedistructiv, bazat pe analiza propagării și atenuării undelor elas- 11 tice, provocate printr-un impuls mecanic, conform invenției, este realizat sub forma unui tub deghidare, prin care cade libero bilă feromagnetică, ce lovește produsul testat. Pesuprafața 13 produsului de testat, sunt plasați doi sau mai mulți senzori. Semnalele culese de senzori sunt preluate de un vibrometru cu mai multe canale și, printr-o placă de achiziție, semnalele 15 captate sunt transmise către un calculator.

în continuare, se prezintă un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 și 17

2, care reprezintă:

- fig. 1, exemplu de realizare a aparatului de control nedistructiv, bazat pe analiza 19 propagării și atenuării undelor elastice, provocate printr-un impuls mecanic;

- fig. 2, tipuri caracteristice de semnale recepționate de senzorii de vibrații, înaintea 21 prelucrării informației de către analizorul electronic de vibrații;

- fig. 2a prezintă oscilograma în prezența zgomotelor de fond; 23

- fig. 2b prezintă oscilograma unui produs cu geometrie complexă.

Conform invenției, obiectul metalic sau nemetalic, supus controlului 1, este așezat 25 pe suportul de bază 2, care este prevăzut cu reazemele poziționabile și reglabile pe înălțime

3. Suportul 2 și reazemele poziționabile 3 sunt astfel concepute, încât să permită așezarea 27 riguros reproductibilă a diferitelor produse cu forme și dimensiuni diferite. Suportul 2 este așezat pe placa amortizoare, fonoabsorbantă 4, fiind astfel evitate influențele vibrațiilor pro- 29 venite din mediul înconjurător. Bila feromagnetică 5 este eliberată prin acționarea sistemului de reținere 6 și cade liber din poziția A, prin ghidajele - tubul 7, lovind produsul 1 în poziția 31 B și prin recul ajunge în poziția C, unde este reținută de magnetul sau electromagnetul poziționabil pe verticală 8. Astfel, se evită o a doua percuție a obiectului supus controlului 1. în 33 funcție de mărimea obiectului pentru generarea impulsului mecanic, sunt folosite bile de diferite diametre (mase), care sunt eliberate de la diferite înălțimi, masa bilei și înălțimea de 35 cădere fiind stabilite experimental, în funcție de efectul percuției. Impulsul mecanic generează, în produs, unde elastice care suferă reflectări și interferențe, dependente de mate- 37 rialul, geometria, dimensiunile și calitatea produsului. în fiecare punct de pe suprafața produsului, se vor înregistra vibrații cu amplitudine, frecvență și defazare diferite. Doi sau mai 39 mulți senzori 9, care vin în contact cu suprafața produsului 1, prin intermediul arcurilor 10, captează semnale diferite. Canalele practicate în suportul 2 permit poziționarea senzorilor 41 9 în cele mai diferite poziții, în funcție de dimensiunile și geometria produselor supuse cercetării. Vibrometrul cu mai multe canale 11 are rolul de alimentare a senzorilor și de 43 captare a semnalelor primite de la aceștia. Semnalele sunt preluate de placa de achiziție 12 și transmise computerului 13, unde sunt comparate cu semnalele obținute de la produsele 45 etalon. în cazul înregistrării unor semnale care ies din limitele acceptabile, computerul transmite informația către interfața de comandă 14, marcându-se produsul ca fiind calitativ 47 necorespunzător.

RO 125257 Β1

Ca senzori de vibrații, pot fi utilizați senzori electromagnetici, electrodinamici, capacitivi, piezoelectrici sau chiar senzori cu fascicul laser. Alegerea tipului de senzori este influențată de tipul de vibrometru ales pentru realizarea ansamblului aparatului, încercările efectuate cu senzori electrodinamici și piezoelectrici au dat rezultate foarte bune, respectiv, pe diferite produse metalice și ceramice, au fost obținute semnale clare, din care se pot extrage și interpreta mărimile, cu ajutorul cărora poate fi evaluată calitatea produsului.

Pentru realizarea invenției, pot fi utilizate diverse tipuri de analizoare de vibrații, produse de diverse firme (de exemplu Bruel & Kjaer, Spectromas, Fastview ș.a.). Aceste analizoare de vibrații cu mai multe canale pot prelua semnale de la mai mulți senzori și în funcție de softul cu care sunt dotate, prelucrează informațiile, iarîn urma analizei informațiilor primite de la fiecare senzor, poate fi stabilită prezența sau absența defectelor din produsul supus controlului.

în fig. 2, sunt prezentate două exemple de semnale recepționate de senzorii de vibrații. Aceste semnale înmagazinează suficiente informații legate de starea, calitatea și prezența unor eventuale defecte ale produsului examinat.

Un produs cu geometrie simplă, care suferă un impuls mecanic (de exemplu lovire cu o bilă metalică, ca în cazul acestei invenții), oscilează cu frecvența sa proprie, dar oscilațiile acestea pot fi însoțite și de alte armonici, precum și de zgomote de fond provenite din mediul înconjurător.

în fig. 2a, este prezentat un astfel de caz. Vibrometrele, analizoarele de vibrații, au posibilitatea de a elimina influențele exterioare și sunt facile identificările principalelor mărimi care caracterizează oscilațiile mecanice ale unui corp solid. Diferiți senzori, plasați la diferite distanțe față de locul impactului produs de obiectul de percuție (bila în cădere liberă - cazul de față), sesizează următoarele mărimi importante:

-1, - start recepție pentru cel mai apropriat senzor;

-1₂ - timpul în care oscilațiile prezintă amplitudini mari (de exemplu 100% și scădere cu 10% față de amplitudinea maximă);

-1₃ - timpul în care, prin amortizare, amplitudinea oscilațiilor atinge nivelul zgomotelor de fond;

- T - perioada oscilațiilor, cu sau fără eliminarea de către analizorul de vibrații a influenței altor armonici, față de cea fundamentală;

d - decrementul logaritmic care caracterizează atenuarea oscilațiilor.

Următorii senzori, aflați la o distanță mai mare de locul percuției și de primul senzor, vor înregistra alte valori ale acestor mărimi. Astfel:

- din diferențele - t_r - t_r. etc., se determină viteza de propagare a undelor, aceasta fiind influențată de modulul de elasticitate longitudinal, densitate și coeficientul lui Poisson.

Abateri de la valorile prestabilite la o calibrare pe etaloane indică posibilitatea existenței unor porozități (densitate scăzută), stare de tensiune necorespunzătoare (modul de elasticitate dinamic - influențat de mărimea grăuntelui materialului și de starea de tensiuni creată prin tratamentul termicaplicat), darsunt posibile și abateri dimensionale, care lungesc sau scurtează parcursul undelor;

- reducerea timpilor t₂ -1₂. -1₂.. etc., după o altă variație decât cea anticipată și stabilită pe etaloane, marchează faptul că între doi senzori există o discontinuitate (retasură, incluziune, fisură);

- modificarea bruscă a perioadei de oscilație, urmată de modificări accentuate ale amplitudinii oscilațiilor indică alte defecte ale microstructurii, cele mai mari variații fiind provocate de către fisuri, interne sau superficiale. Fisurile superficiale se evidențiază prin întreruperi ale oscilogramei, cu un mare multiplu al perioadei de oscilație și o modificare aberantă a amplitudinii oscilațiilor, urmată apoi de o foarte puternică amortizare;

RO 125257 Β1

- cea mai sensibilă mărime în evaluarea prin analiza propagării oscilațiilor o repre- 1 zintă atenuarea oscilațiilor, aceasta fiind caracterizată prin decrementul logaritmic. Cu cât curba de extincție a oscilațiilor este mai abruptă și eventual prezintă discontinuități flagrante 3 între oscilațiile înregistrate de senzori, cu atât mai evidentă este prezența unor defecte, care să conducă la respingerea calitativă a produsului testat. 5 în fig. 2b, este prezentată oscilograma înregistrată de un senzor care sesizează vibrațiile unui produs cu o geometrie complexă. în acest caz, prin impulsul mecanic primit, 7 în produs sunt generate oscilații care se propagă sub forma unor unde longitudinale și ale unora transversale. Vitezele de propagare ale celor două tipuri de unde sunt diferite, iar prin 9 compunerea oscilațiilor, vor fi înregistrate semnale de cele mai diferite forme. în astfel de cazuri, pe oscilogramă vor fi identificate mai multe mărimi care caracterizează vibrațiile pro- 11 dusului, T-i - perioada undei longitudinale, T₂ - perioada pulsației, t, - -1₃ - timpii corespunzători diferitelor faze ale oscilației compuse, d1 - d2 - decremenții logaritmici care carac- 13 terizează atenuările oscilațiilor.

Pentru stabilirea calității produselor, analizorul de vibrații va memora semnalele 15 înregistrate de senzori pe două produse considerate etalon. Acestea nu trebuie să prezinte defecte interne, dar au abateri dimensionale maxime și minime, care se încadrează în 17 limitele de toleranță admise. Astfel, sunt stabilite limitele acceptabile pentru care produsele controlate sunt admise ca având o calitate corespunzătoare. Orice produs, la care se înregis- 19 trează semnale care ies din marja acceptată, va fi evaluat ca având unul sau mai multe defecte interne sau dimensiuni în afara câmpului de toleranță admis. 21

Claims (2)

Revendicări

1. Procedeu de control nedistructiv, bazat pe analiza propagării și atenuării undelor elastice, provocate printr-un impuls mecanic produs de o bilă (5) metalică, ce percutează în cădere liberă un produs (1) de testat și generează în acesta unde elastice longitudinale, transversale și/sau de suprafață, caracterizat prin aceea că undele elastice care se propagă cu viteze diferite, sunt recepționate de doi sau mai mulți senzori (9) plasați pe suprafața produsului (1), senzori care transmit semnale electrice spre un vibrometru (11) cu mai multe canale, care înregistrează principalele mărimi ce caracterizează vibrațiile, semnalele de la vibrometru (11) sunt preluate de o placă de achiziții (12) și transmise unui computer (13), unde sunt comparate cu semnale obținute de la produse etalon fără defecte, computerul (13) transmite informația către o interfață (14) de comandă, marcându-se produsul testat ca fiind calitativ corespunzător, iar dacă semnalele transmise la computer ies din limitele prestabilite, marcându-se produsul ca necorespunzător.

2. Aparat pentru control nedistructiv, folosit pentru aplicarea procedeului conform revendicării 1, având sistemul de percuție realizat sub forma unui tub de ghidare (7), prin care cade libero bilă (5) feromagnetică, ce lovește produsul (1), caracterizat prin aceea că bila feromagnetică (5) cade liber la acționarea unui opritor (6), iar după ce lovește produsul (1), se ridică și este reținută de un magnet (8) poziționabil pe verticală, evitând un al doilea impact asupra produsului (1), acesta fiind plasat pe un suport (2), așezat, la rândul său, pe o placă (4) amortizoare, fonoabsorbantă, suportul (2) fiind prevăzut cu reazeme (3) poziționabile și reglabile pe înălțime, iar pe suprafața produsului (1), fiind plasați doi sau mai mulți senzori (9), prin intermediul unor arcuri (10), semnalele culese de senzori (9) fiind preluate de un vibrometru (11) cu mai multe canale, care asigură și alimentarea senzorilor, transmițând totodată, printr-o placă de achiziție (12), semnalele captate către un computer (13), care, în urma comparației cu semnale obținute de la produse etalon fără defecte, transmite informațiile către o interfață de comandă (14), în vederea marcării produsului (1) de testat, drept corespunzător sau necorespunzător.