RU2654298C1 - Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654298C1 RU2654298C1 RU2017109866A RU2017109866A RU2654298C1 RU 2654298 C1 RU2654298 C1 RU 2654298C1 RU 2017109866 A RU2017109866 A RU 2017109866A RU 2017109866 A RU2017109866 A RU 2017109866A RU 2654298 C1 RU2654298 C1 RU 2654298C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- defect
- output
- signal
- unit
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 title claims description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 112
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000011365 complex material Substances 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
- G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий. Сущность изобретения заключается в том, что сканируют поверхность контролируемого объекта по крайней мере одним информационным датчиком физического поля, измеряют величины сигналов излучения физического поля с каждой точки поверхности контролируемого объекта, разбивают весь диапазон величин сигналов излучения физического поля по их значениям на I интервалов, регистрируют измеренные сигналы по принадлежности к соответствующим интервалам, определяют количество измеренных сигналов в каждом интервале КI, рассчитывают разность количества измеренных сигналов в последующем и предыдущем интервалах ΔКI=КI+1-КI по всему диапазону значений величин измеренных сигналов, а в качестве порогового значения величины сигнала излучения физического поля выбирают значение из интервала, для которого разность количества измеренных сигналов в данном и предыдущем интервалах меньше нуля, а разность количества измеренных сигналов в данном и последующем интервалах больше нуля, при этом измеряют величину сигнала в начале сканирования изделия на эталонном дефекте Un, измеряют значение сигнала на качественном участке изделия вблизи эталонного дефекта U0 в точке i=1, где i - целочисленная координата траектории сканирования на поверхности контролируемого изделия, измеряют изменение сигнала на эталонном дефекте ΔUn=|Un-U0|, измеряют шаг дискретности измерения сигналов по траектории сканирования: Δxi=xi+1-xi, измеряют значение сигнала в текущей точке «i» сканирования изделия (Ui), измеряют разность сигналов между соседними точками: ΔUi=Ui+1-Ui, регистрируют начало j-го дефекта по градиентному признаку, регистрируют координату (xн j) начала j-го дефекта по градиентному признаку, измеряют величину наибольшего сигнала в области j-го дефекта: Uj max=Uj i, если Ui+1>Ui и Ui+2>Ui+1, измеряют величину наибольшего изменения сигнала (ΔUmax ∂j) на j-м дефекте, регистрируют окончание j-го дефекта по градиентному признаку, регистрируют координату (xк j) окончания j-го дефекта по градиентному признаку: xк j=Δxixр, где p - целочисленная координата окончания j-го дефекта, измеряют протяженность j-го дефекта по градиентному признаку: Δхд j=хк j-хн j, регистрируют наличие j-го дефекта на изделии заданным образом. Технический результат: обеспечение возможности оперативного и достоверного контроля качества сплошности многослойных сложных конструкций и их элементов в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Description
Область техники
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности и качества различных изделий. Особенно актуально применение данного изделия для контроля материалов, имеющих большой разброс характеристик (данный разброс определяется разбросом характеристик различных физических полей после их воздействия на контролируемый материал - тепловых, акустических, радиоволновых и т.п.), например, многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ).
Изобретение может быть использовано для контроля надежности и качества сложных пространственных многослойных конструкций из ПКМ как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации: пространственных сетчатых конструкций, отсеков космических аппаратов, ракетных двигателей, элементов авиационных двигателей, трубопроводов, герметичных сосудов и т.п.
Особенно эффективно применение заявленного изобретения при испытании потенциально опасных и дорогих в изготовлении конструкций, к которым с одной стороны предъявляются высокие требования по надежности и качеству эксплуатации, а с другой стороны они являются достаточно дорогими и трудоемкими в изготовлении для того, чтобы большое количество конструкций можно было заменить другими изделиями, имеющими требуемые параметры. Достоверное выявление дефектов очень актуально для изделий, работающих в потенциально опасных условиях - изделий ракетно-космической техники, трубопроводов (нефтегазопроводов и т.п.), где существуют взаимно исключающие требования: когда, с одной стороны, требуется обеспечить необходимую надежность конструкции (т.е., например, увеличить ее толщину), а, с другой стороны, имеются ограничения по массе и габаритным размерам, которые требуют уменьшить толщину материалов. Немаловажную роль в этом играют и экономические аспекты. При этом требуется определить потенциально опасные места (узлы конструкции), которые в первую очередь могут разрушиться (вследствие наличия дефектов типа нарушения сплошности), что может привести к аварии и которые возможно необходимо укреплять.
Уровень техники
Достоверное определение качества сплошности материала является актуальной задачей в процессе создания эффективных и надежных конструкций из различных материалов.
Существует большое количество методов контроля сплошности материала: рентгеновский, ультразвуковой, визуальный оптический, вихретоковый, а также их комбинации.
Все методы имеют свои особенности и области применения. Но все методы имеют одну общую операцию - процесс обнаружения нарушения сплошности (дефектов), т.е. выделение в контролируемом материале областей, имеющих характеристики, отличные от основного материала. Это могут быть, например, трещины, расслоения и т.п. Задача обнаружения значительно усложняется сложной формой поверхности изделий и сложной внутренней конструкцией, большими габаритными размерами изделий, случайным разбросом характеристик изделий по их поверхности (что особенно характерно для ПКМ).
Перспективным направлением в современной технике является использование композитных материалов, как металлических, так и полимерных, обладающих рядом преимуществ перед традиционными материалами, особенно в авиакосмических отраслях техники, машиностроении, энергетики, нефтегазовой отрасли и др. Это вызвано большим разнообразием видов таких материалов, специфическими особенностями конструкций из них и технологией изготовления, рядом преимуществ перед металлами.
Кроме того, эти материалы в большинстве отраслей промышленности работают в условиях статических и динамических нагрузок.
Повысить качество конструкций невозможно без достоверной оценки критериев качества материалов. Соответственно невозможна разработка мероприятий и технологий по повышению качества конструкций. Признаками качества конструкций, особенно в трубопроводах, ракетно-космической и авиационной отраслях, являются массогабаритная и энергетическая характеристики, которые определяются, в т.ч. качеством сплошности материала
Здесь на первое место выходят методы неразрушающего контроля, основанные на различных физических принципах, и методы достоверного для решаемой задачи обнаружения внутренних нарушений сплошности по анализу изменения результатов взаимодействия физических полей с контролируемым материалом. Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценить надежность их эксплуатации и дать рекомендации по ее ремонту или восстановлению.
Существует большое количество методов и средств обнаружения нарушений сплошности в процессе неразрушающего контроля материалов (дефектоскопии).
Методы обнаружения дефектов в процессе неразрушающего контроля подробно раскрыты в следующих источниках: И.Н. ЕРМОЛОВ, Н.П. АЛЕШИН, А.И. ПОТАПОВ. Неразрушающий контроль. Акустические методы контроля. Кн. 2. - М.: Высшая школа, 1991, с. 92-95, EP 0486689 A1, SU 1396046 A1, SU 1158919 A, SU 319895, SU 1649414 A1, SU 824032, DE 4031895 A1.
Общий недостаток практически всех существующих методов и средств неразрушающего контроля заключается в следующем: определение порогового значения сигнала осуществляется посредством эталонного образца с эталонным дефектом. Обнаружение дефектных участков осуществляется путем сравнения сигнала по поверхности контролируемого материала с пороговым значением сигнала. Это простой и надежный метод. Однако он обладает принципиальным недостатком: практически невозможно изготовить эталонные образцы со всеми вариантами характеристик внутренних дефектов, а, значит, происходит обнаружение некоторого «усредненного» дефекта и с большой вероятностью возможен пропуск опасных дефектов. Такой метод не учитывает влияния случайных изменений свойств контролируемых материалов на результаты контроля.
Наиболее близким к заявленным способу и устройству являются способ и устройство, охарактеризованные в патенте РФ №2171469.
Известный способ направлен на определение порогового значения сигнала в процессе неразрушающего контроля и включает следующие действия:
- сканируют поверхность контролируемого объекта информационными датчиками физических полей,
- измеряют величины сигналов излучения физического поля с каждой точки поверхности контролируемою объекта,
- разбивают весь диапазон величин сигналов излучения физического поля по их значениям на I интервалов,
- регистрируют измеренные сигналы по принадлежности к соответствующим интервалам,
- определяют количество измеренных сигналов в каждом интервале (Кi),
- рассчитывают разность количества измеренных сигналов в последующем и предыдущем интервалах (ΔКi=Кi+1-Кi) по всему диапазону значений величин измеренных сигналов,
- а в качестве порогового значения величины сигнала излучения физического поля выбирают значение из интервала, для которого разность количества измеренных сигналов в данном и предыдущем интервалах меньше нуля, а разность количества измеренных сигналов в данном и последующем интервалах больше нуля.
Данный способ обладает большей достоверностью по сравнению со способами из уровня техники.
Однако он имеет существенные недостатки:
Определение пороговое значение сигнала, а, следовательно, и обнаружение дефектов осуществляется только после завершения сканирования всего изделия. Отсутствует возможность текущей оценки качества изделий в процессе его сканирования. В связи с тем, что свойства материала могут значительно отличаться по одному изделию, такой способ приводит к недостоверному обнаружению дефектов. Поэтому в дефектные зоны, определенные в соответствии с прототипом могут попасть и качественные участки, имеющие характеристики, отличающиеся от средних значений по изделию. При этом, часто сканирование крупногабаритных изделий осуществляется непрерывно в течение длительного времени (до 16-24 часов), что делает невозможным повторное сканирование в случае появления сомнений в результатах контроля.
Заранее нельзя достоверно определить зоны изделия, на которых свойства достаточно равномерны и позволяют использовать способ, выбранный в качестве прототипа.
Известный способ имеет низкую производительность при условии обеспечения высокой вероятности обнаружения дефектов.
Обнаружение дефектов осуществляется только по величине информационного сигнала, например, по амплитуде сигнала, времени сдвига и т.п. Однако изменение величины информационного сигнала может быть обусловлено не только наличием дефекта, но и рядом других случайных факторов, например, случайным изменением на короткий промежуток времени питающего напряжения. Поэтому обнаружение дефектов только по одному параметру, указанному в прототипе, снижает достоверность контроля.
Текущий информационный измеренный сигнал (параметр) по изделию может изменяться случайным образом в зависимости от изменения свойств изделий. При этом величина информационного параметра может изменяться на величину, превышающую изменение на дефекте. Это приводит к ложному обнаружению дефектов, что также снижает достоверность контроля.
Поэтому на сегодняшний день имеется потребность в создании способа контроля реальных конструкций из сложных материалов, который может применяться на практике для широкого круга объектов с различными характеристиками и позволяет обнаруживать различные типы внутренних дефектов.
Настоящее изобретение направлено на обеспечение оперативного достоверного контроля качества сплошности многослойных сложных конструкций и их элементов в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации. Т.е. в конечном итоге изобретение направлено на повышение безопасности эксплуатации сложных потенциально опасных конструкций.
Сущность изобретения
Этот технический результат в части способа достигается за счет того, что при автоматическом неразрушающем контроле качества изделий выполняют следующие действия:
- измеряют сигнала в начале сканирования изделия на эталонном дефекте (U n ),
- измеряют значение сигнала на качественном участке изделия вблизи эталонного дефекта (U 0 ) в точке i=1,
где i - целочисленная координата траектории сканирования на поверхности контролируемого изделия,
- измеряют изменение сигнала на эталонном дефекте
ΔU n =|U n -U 0 |,
- измеряют шаг дискретности измерения сигналов по траектории сканирования:
Δx i =x i + 1 -x i ,
- измеряют значение сигнала в текущей точке «i» сканирования изделия (U i ),
- измеряют разность сигналов между соседними точками:
ΔU i =U i + 1 -U i ,
- регистрируют начало j-го дефекта по градиентному признаку следующим образом:
- регистрируют координату (x н j ) начала j-го дефекта по градиентному признаку:
x н j =Δx i xk,
где k - целочисленная координата начала j-го дефекта,
- измеряют величину наибольшего сигнала в области j-го дефекта:
U j max =U j i если U i + 1 >U i и U i + 2 >U i + 1 ,
- измеряют величину наибольшего изменения сигнала (ΔU max ∂ j ) на j-м дефекте следующим образом:
ΔU ∂ j max =(U j max -U k ),
- регистрируют окончание j-го дефекта по градиентному признаку следующим образом:
- регистрируют координату (x к j ) окончания j-го дефекта по градиентному признаку:
x к j =Δx i xp,
где p - целочисленная координата окончания j-го дефекта,
- измеряют протяженность j-го дефекта по градиентному признаку:
Δхд j=x к j -x н j ,
- регистрируют наличие j-го дефекта на изделии следующим образом:
где Δx ∂ n - протяженность минимального дефекта.
Технический результат в части устройства достигается за счет того, что устройство автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий включает блок измерения сигнала, пороговое устройство, сканирующую систем и регистратор, при этом сканирующая система установлена с возможностью обеспечения относительного перемещения изделия и блока измерения сигналов для сканирования поверхности изделия, выход блока измерения сигналов подключен к входу порогового устройства, выход порогового устройства подключен к входу регистратора, в устройство дополнительно введены блок позиционирования, коммутатор, первый-четвертый сумматоры, первый- и второй блоки задержки, инвертор, первый-пятый блоки сравнения, первый-второй умножители, блок памяти, при этом сканирующая система жестко связана с контролируемым изделием, выход сканирующей системы подключен к входу блока позиционирования, блок измерения сигналов выполнен с возможностью регистрации физического поля от контролируемого изделия и выходом подключен к первому входу коммутатора, первый выход блока позиционирования подключен к второму входу коммутатора, второй выход коммутатора подключен к входу первого порогового устройства, выход первого порогового устройства подключен к третьему входу пятого блока сравнения, второй выход блока позиционирования подключен к второму входу регистратора, третий выход блока позиционирования подключен одновременно к первым входам первого и второго умножителей, четвертый выход блока позиционирования подключен к второму входу блока задержки, пятый выход блока позиционирования подключен к одновременно входу второго блока задержки и к второму входу первого сумматора, выход второго блока задержки подключен к первому входу первого сумматора, выход первого сумматора подключен одновременно к вторым входам первого и второго умножителей, первый выход коммутатора подключен одновременно: к первому входу первого блока задержки, к первому входу второго сумматора и ко второму входу четвертого блока сравнения, выход первого блока задержки подключен к входу инвертора, выход инвертора подключен к второму входу второго сумматора, выход второго сумматора подключен одновременно к входу первого блока сравнения, к первому входу второго блока сравнения и первому входу третьего блока сравнения, первый выход первого блока сравнения подключен одновременно к второму входу второго блока сравнения и к второму входу третьего блока сравнения, второй выход первого блока сравнения подключен к первому входу четвертого блока сравнения, выход четвертого блока сравнения подключен к входу третьего сумматора, выход третьего блока сравнения подключен одновременно к третьему входу первого умножителя и к третьему входу пятого блока сравнения, первый выход второго блока сравнения подключен одновременно к третьему входу второго умножителя и к пятому входу пятого блока сравнения, второй выход второго блока сравнения подключен к входу третьего сумматора, выход первого умножителя подключен к первому входу четвертого сумматора, выход второго умножителя подключен к второму входу четвертого сумматора, выход четвертого сумматора подключен к четвертому входу пятого блока сравнения, выход блока памяти, в который заложены параметры контролируемого изделия и минимальные размеры допустимого дефекта, подключен к первому входу пятого блока сравнения, выход пятого блока сравнения подключен к первому входу регистратора, второй выход блока памяти подключен одновременно к третьим входам второго и третьего блоков сравнения, а выход третьего сумматора подключен к шестому входу пятого блока сравнения.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где:
фиг. 1 представляет типовое распределение формы сигнала по поверхности изделия,
фиг. 2 представляет реальное исходное распределение сигналов по поверхности изделия из ПКМ,
на фиг. 3 приведена структурная схема устройства,
на фиг. 4 приведена фотография установки и аппаратной части устройства автоматизированного контроля,
на фиг. 5 приведены две дефектограммы с обнаружением дефектов по известному (дефектограмма «а») и представленному (дефектограмма «б») способам (эталонный дефект на дефектограмме не показан),
фиг. 6 изображает блок измерения сигнала, совмещенный с пороговым устройством.
На фигурах используются следующие обозначения:
U 0 - сигнал на качественном (бездефектном) участке вблизи эталонного дефекта,
U n - пороговое значение сигнала на эталонном дефекте,
U j max - максимальное значение информационного сигнала на j-ом дефекте,
k - целочисленная координата начала j-го дефекта,
p - целочисленная координата окончания j-го дефекта,
Ui - ось значения сигнала,
I - ось целочисленной координаты сканирования изделия,
А - дефекты, определенные по известному способу,
Б - дефекты, выявленные по изобретению,
В - типовой дефект,
1 - контролируемое изделие,
2 - дефект в контролируемом изделии,
3 - блок измерения,
4 - пороговое устройство,
5 - регистратор,
6 - сканирующая система,
7 - блок позиционирования,
8 - коммутатор,
9 - первый сумматор,
10 - первый блок задержки,
11 - инвертор,
12 - второй сумматор,
13 - первый блок сравнения,
14 - второй блок сравнения,
15 - третий блок сравнения,
16 - четвертый блок сравнения,
17 - первый умножитель,
18 - второй умножитель,
19 - третий сумматор,
20 - блок памяти,
21 - четвертый сумматор,
22 - пятый блок сравнения.
23 - второй блок задержки.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Все используемые электронные блоки устройства, реализующего представленный способ, построены на основе стандартных электронных элементах с использованием логических схем, микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами (см. например, Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебн. пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - СПб.: - БХВ - Петербург, 2010.).
В качестве блока измерения сигнала и порогового устройства использован ультразвуковой низкочастотный дефектоскоп марки УСД-60 (фиг. 5) с бесконтактными преобразователями БП-4 (www.kropus.ru). Могут использоваться датчики, регистрирующие иные (кроме ультразвукового) поля, как указано выше.
Способ заключается в следующем. Сканирующая система 6 осуществляет сканирование (просмотр) контролируемого изделия 1 блоком измерения сигнала 3. Сигнал, который измеряется блоком 3, характеризует состояние сплошности изделия 1, в т.ч. наличие в контролируемом изделии дефекта 2 (фиг. 2).
Сигналы с блока измерения 3 поступает на вход коммутатора 8.
На второй управляющий вход коммутатора 8 поступает сигнал с блока позиционирования 7.
Вход блока позиционирования связан со сканирующей системой 6. Блок позиционирования 7 осуществляет позиционирование точки регистрации сигнала блоком измерения сигнала 3 на поверхности контролируемого изделия 1.
На начальном этапе контроля, когда регистрация сигнала с поверхности изделия 1 блоком измерения сигнала 3, осуществляется вблизи эталонного дефекта 2, по соответствующему сигналу с блока позиционирования 7 коммутатор 8 передает сигнал с блока измерения сигнала 3 на первое пороговое устройство 4.
Первое пороговое устройство 4 осуществляет определение порогового значения сигнала на эталонном дефекте 2 (U n ). Определение величины U n осуществляется по алгоритму, описанному в патенте РФ 2171469 (прототип).
Сигнал, соответствующий величине U n из порогового устройства 4, поступает на вход пятого блока сравнения 22.
Сигнал, соответствующий координатам сканирования изделия 1 с блока позиционирования 7, поступает одновременно на второй блок задержки 23 и первый сумматор 9.
Второй блок задержки 23 осуществляет задержку одного из сигналов x i + 1 , соответствующих координате сканирования изделия 1, который далее поступает в первый сумматор 9. В первом сумматоре 9 производится измерение шага дискретности измерения сигналов по траектории сканирования:
Δx i =x i + 1 -x i .
Одновременно сигнал, соответствующий координатам сканирования изделия 1, с блока позиционирования 7 поступает на вход коммутатора 8 и управляет работой коммутатора 8, распределяя сигналы с блока измерения 3 на соответствующие блоки обработки сигналов.
Сигнал U i , измеренный блоком измерения сигнала 3 в текущей точке «i» сканирования изделия 1 поступает одновременно на вход первого блока задержки 10, второй сумматор 12 и четвертый блок сравнения 16.
Одновременно, сигнал, соответствующий координатам сканирования изделия 1, с блока позиционирования 7 поступает на первый блок задержки 10.
Первый блок задержки 10 осуществляет задержку одного из сигналов U i + 1 , соответствующих координате сканирования изделия 1, который далее через инвертор 11 поступает во второй сумматор 12. В инверторе 11 сигнал U i меняет знак на противоположный.
Во втором сумматоре 12 производится измерение разности сигналов между соседними точками (i и i+1 сканирования изделия:
ΔU i =U i + 1 -U i .
Измеренный сигнал ΔU i поступает первый блок сравнения 13, где сравнивается с нулем (0), т.е. определяется знак величины ΔU i :
ΔU i : >0 или ΔU i : <0.
Эти сигналы поступают в блоки сравнения 14 и 15. В этих блоках осуществляется регистрация начала и окончания j-го по градиентному признаку следующим образом.
В блоке 14 осуществляется регистрация начала j-го дефекта:
где ΔU пор - пороговое изменение значения сигнала на дефекте.
Данная величина определяется до проведения контроля и хранится в блоке памяти 20. При выполнении операций блоками 14 и 15 величина ΔU пор передается из блока памяти в блоки 14 и 15.
Одновременно в блоке 14 фиксируется сигнал U k - сигнал в точке k начала j-го дефекта.
Здесь k - точка начала j-го дефекта.
В блоке сравнения 15 осуществляется регистрация окончания j-го дефекта:
Сигналы начала и окончания j-го дефекта из блоков 14 и 15 поступают, соответственно, на умножители - блоки 17 и 18. В этих блоках осуществляется измерение физических координат начала x н j (блок 18) и окончания x к j - (блок 17) j-го дефекта на контролируемом изделии 1.
Для этого в умножители 17 и 18 передаются сигналы о шаге дискретности измерения сигналов по траектории сканирования из первого сумматора 9
Δx i =x i + 1 -x i
и сигналы из блока позиционирования 7: количество импульсов (целочисленная координата) k - начала j-го дефекта и количество импульсов (целочисленная координата) p - окончания j-го дефекта.
В блоке 18 осуществляется операция:
x н j =Δx i xk
В блоке 17 осуществляется операция:
x к j =Δx i xp
Сигналы, соответствующие значениям начала x н j и окончания x к j j-го дефекта, поступают в четвертый сумматор 21, где производится измерение сигнала Δxд j, соответствующего протяженности j-го дефекта на изделии 1:
Δxд j=x к j -x н j ,.
Сигнал, соответствующий результатам сравнения
ΔU i : >0 или ΔU i : <0,
из первого блока сравнения 13 поступает в четвертый блок сравнения 16. Одновременно в четвертый блок сравнения 16 поступает сигнал с коммутатора 8 - U i сигнал, измеренный блоком 3 в i-й точке на изделии 1.
В четвертом блоке сравнения 16 осуществляется определение наибольшего сигнала на j-м дефекте U j max следующим образом:
U j max =U j i если U i + 1 >U i и U i + 2 >U i + 1
Сигнал, соответствующий наибольшему сигналу на j-м дефекте U j max из четвертого блока сравнения 16 поступает в третий сумматор 19. Одновременно из второго блока сравнения 14 в третий сумматор 19 передается сигнал U k - сигнал в точке k начала j-го дефекта.
В третьем сумматоре 19 осуществляется измерение величины наибольшего изменения сигнала на j-м дефекте следующим образом:
ΔU ∂ j max =(U j max -U k ).
Величина ΔU ∂ j max из третьего сумматора 19 передается в пятый блок сравнения 22.
Таким образом, в пятом блоке сравнения 22 собирается вся информация о j-м дефекте. Эта информация анализируется следующим образом и по результатам анализа формируется сигнал о достоверном наличии или отсутствии j-го дефекта:
Сигнал, свидетельствующий о наличии j-го дефекта, поступает в регистратор 5. Одновременно в регистратор 5 из блока позиционирования 7 поступает информация о координатах j-го дефекта.
В пятом блоке сравнения 22 производится анализ наличия j-го дефекта по признакам: наличия начала дефекта, наличия окончания дефекта, превышение протяженности дефекта минимального значения и превышения изменения сигнала на дефекте минимального порогового значения.
Таким образом, осуществляется достоверное обнаружение дефектов в материале, имеющем большой разброс информационных сигналов по поверхности.
Теоретический анализ показывает следующее.
Предлагаемый способ и реализующее его устройство позволяют значительно повысить достоверность контроля за счет повышения вероятности обнаружения дефектов на изделии, имеющем существенные неоднородности материала и других характеристик.
Пусть, например, обнаружение дефекта по каждому из признаков имеет вероятность δi=0,9 (что характерно для способа, описанного в качестве прототипа).
Тогда вероятность обнаружения дефекта при совпадении всех признаков будет равна:
δΣ=1-(1-δi)4=0,9999.
Это является практически достоверной вероятностью обнаружения дефекта.
В пятом блоке сравнения 22 производится анализ наличия j-го дефекта по признакам: наличия начала дефекта, наличия окончания дефекта, превышение протяженности дефекта минимального значения и превышения изменения сигнала на дефекте минимального порогового значения.
Такое сравнение позволяет практически достоверно обнаруживать наличие дефекта.
Экспериментальные исследования проводились на примере контроля трубы из ПКМ длиной 9 метров, предназначенной для эксплуатации в нефтепроводе. На фиг. 4 приведена фотография автоматизированной системы контроля.
В качестве блока измерения сигнала и порогового устройства применялся ультразвуковой дефектоскоп УСД-60, модернизированный и доработанный в соответствии со схемой (фиг. 3) заявляемого устройства. Для контроля использовались бесконтактные ультразвуковые преобразователи БП-4, информация о которых размещена в Интернете, www.kropus.ru.
Методика экспериментальных исследований заключалась в следующем.
На цилиндрическом изделии из ПКМ закладывались искусственные дефекты типа нарушения сплошности с различными параметрами.
Изделие устанавливалось на механизированную сканирующую систему (фиг. 4). С помощью установки фиг. 4 осуществлялось спиральное сканирование поверхности изделия. Таким образом, производилось измерение сигнала с каждой точки по всей площади поверхности изделия. Дискретность измерения определялась блоком позиционирования 7 (датчиками координат) и равна 10×10 мм (фиг. 2).
Далее это изделие подвергалось неразрушающему контролю по двум методикам:
- по известной методике (способу), принятой в качестве прототипа,
- по изобретению.
Сигнал при контроле по обеим методикам измерялся одним и тем же блоком измерения сигнала 3.
Результаты представлены на дефектограммах, приведенных на фиг. 5.
Анализ дефектограмм наглядно показывает, что способ по изобретению позволяет выявлять все заложенные в изделие искусственные дефекты. В то время, как способ принятый в качестве прототипа обеспечивает выявление ориентировочно только 40% заложенных по всей поверхности изделия дефектов.
В качестве примера в таблице 1 приведены результаты обработки экспериментальных исследований.
Экспериментальные исследования подтверждают достижение поставленной цели: способ по изобретению повышает достоверность и производительность автоматизированного контроля изделий.
Claims (40)
1. Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий, в котором выполняют следующие действия:
- сканируют поверхность контролируемого объекта по крайней мере одним информационным датчиком физического поля,
- измеряют величины сигналов излучения физического поля с каждой точки поверхности контролируемого объекта,
- разбивают весь диапазон величин сигналов излучения физического поля по их значениям на I интервалов,
- регистрируют измеренные сигналы по принадлежности к соответствующим интервалам,
- определяют количество измеренных сигналов в каждом интервале КI,
- рассчитывают разность количества измеренных сигналов в последующем и предыдущем интервалах ΔКI=КI+1-КI по всему диапазону значений величин измеренных сигналов,
- а в качестве порогового значения величины сигнала излучения физического поля выбирают значение из интервала, для которого разность количества измеренных сигналов в данном и предыдущем интервалах меньше нуля, а разность количества измеренных сигналов в данном и последующем интервалах больше нуля,
отличающийся тем, что
- измеряют величину сигнала в начале сканирования изделия на эталонном дефекте Un,
- измеряют значение сигнала на качественном участке изделия вблизи эталонного дефекта U0 в точке i=1,
где i - целочисленная координата траектории сканирования на поверхности контролируемого изделия,
- измеряют изменение сигнала на эталонном дефекте
ΔUn=|Un-U0|,
- измеряют шаг дискретности измерения сигналов по траектории сканирования:
Δxi=xi+1-xi,
- измеряют значение сигнала в текущей точке «i» сканирования изделия (Ui),
- измеряют разность сигналов между соседними точками:
ΔUi=Ui+1-Ui,
- регистрируют начало j-го дефекта по градиентному признаку следующим образом:
- регистрируют координату (xн j) начала j-го дефекта по градиентному признаку:
xн j=Δxixk,
где k - целочисленная координата начала j-го дефекта,
j - номер дефекта,
- измеряют величину наибольшего сигнала в области j-го дефекта:
Uj max=Uj i, если Ui+1>Ui и Ui+2>Ui+1,
- измеряют величину наибольшего изменения сигнала (ΔUmax ∂j) на j-м дефекте следующим образом:
ΔU∂j max=(Uj max-Uk),
- регистрируют окончание j-го дефекта по градиентному признаку следующим образом:
- регистрируют координату (xк j) окончания j-го дефекта по градиентному признаку:
xк j=Δxixр,
где p - целочисленная координата окончания j-го дефекта,
- измеряют протяженность j-го дефекта по градиентному признаку:
Δхд j=хк j-хн j,
- регистрируют наличие j-го дефекта на изделии следующим образом:
где Δх∂ n - протяженность минимального дефекта.
2. Устройство автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий, включающее блок измерения сигнала, пороговое устройство, сканирующую систему и регистратор, при этом сканирующая система установлена с возможностью обеспечения относительного перемещения изделия и блока измерения сигналов для сканирования поверхности изделия, выход блока измерения сигналов подключен к входу порогового устройства, а выход порогового устройства подключен к входу регистратора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок позиционирования, коммутатор, первый-четвертый сумматоры, первый-второй блоки задержки, инвертор, первый-пятый блоки сравнения, первый-второй умножители и блок памяти, при этом сканирующая система жестко связана с контролируемым изделием, выход сканирующей системы подключен к входу блока позиционирования, блок измерения сигналов выполнен с возможностью регистрации физического поля от контролируемого изделия и выходом подключен к первому входу коммутатора, первый выход блока позиционирования подключен к второму входу коммутатора, второй выход коммутатора подключен к входу первого порогового устройства, выход первого порогового устройства подключен к третьему входу пятого блока сравнения, второй выход блока позиционирования подключен к второму входу регистратора, третий выход блока позиционирования подключен одновременно к первым входам первого и второго умножителей, четвертый выход блока позиционирования подключен к второму входу блока задержки, пятый выход блока позиционирования подключен к одновременно входу второго блока задержки и к второму входу первого сумматора, выход второго блока задержки подключен к первому входу первого сумматора, выход первого сумматора подключен одновременно к вторым входам первого и второго умножителей, первый выход коммутатора подключен одновременно к первому входу первого блока задержки, к первому входу второго сумматора и к второму входу четвертого блока сравнения, выход первого блока задержки подключен к входу инвертора, выход инвертора подключен к второму входу второго сумматора, выход второго сумматора подключен одновременно к входу первого блока сравнения, к первому входу второго блока сравнения и первому входу третьего блока сравнения, первый выход первого блока сравнения подключен одновременно к второму входу второго блока сравнения и к второму входу третьего блока сравнения, второй выход первого блока сравнения подключен к первому входу четвертого блока сравнения, выход четвертого блока сравнения подключен к входу третьего сумматора, выход третьего блока сравнения подключен одновременно к третьему входу первого умножителя и к третьему входу пятого блока сравнения, первый выход второго блока сравнения подключен одновременно к третьему входу второго умножителя и к пятому входу пятого блока сравнения, второй выход второго блока сравнения подключен к входу третьего сумматора, выход первого умножителя подключен к первому входу четвертого сумматора, выход второго умножителя подключен к второму входу четвертого сумматора, выход четвертого сумматора подключен к четвертому входу пятого блока сравнения, выход блока памяти, в который заложены параметры контролируемого изделия и минимальные размеры допустимого дефекта, подключен к первому входу пятого блока сравнения, выход пятого блока сравнения подключен к первому входу регистратора, второй выход блока памяти подключен одновременно к третьим входам второго и третьего блоков сравнения, а выход третьего сумматора подключен к шестому входу пятого блока сравнения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017109866A RU2654298C1 (ru) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017109866A RU2654298C1 (ru) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2654298C1 true RU2654298C1 (ru) | 2018-05-17 |
Family
ID=62153081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017109866A RU2654298C1 (ru) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2654298C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2720437C1 (ru) * | 2019-11-11 | 2020-04-29 | Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик" (АО "ДПО "Пластик") | Способ автоматизированного контроля сплошности изделий и устройство для его осуществления |
| RU2733582C1 (ru) * | 2020-03-20 | 2020-10-05 | Софья Олеговна Козельская | Способ неразрушающего контроля конструкций из композитных материалов |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1516962A1 (ru) * | 1987-07-24 | 1989-10-23 | Предприятие П/Я А-3611 | Акустический способ неразрушающего контрол качества изделий из многослойных материалов |
| US4924182A (en) * | 1989-01-09 | 1990-05-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Eddy current method to measure distance between scanned surface and a subsurface defect |
| US5167157A (en) * | 1991-03-26 | 1992-12-01 | Ball Corporation | Nondestructive inspection system for laminated products |
| RU2123687C1 (ru) * | 1997-01-15 | 1998-12-20 | Московский государственный университет леса | Многопараметрический дефектоскоп |
| RU2171469C1 (ru) * | 2000-11-10 | 2001-07-27 | Будадин Олег Николаевич | Способ неразрушающего контроля качества объекта и устройство для его осуществления |
| RU2526518C2 (ru) * | 2012-11-27 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Способ автоматизированного ультразвукового контроля изделий из полимерных композиционных материалов формы тел вращения |
-
2017
- 2017-03-24 RU RU2017109866A patent/RU2654298C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1516962A1 (ru) * | 1987-07-24 | 1989-10-23 | Предприятие П/Я А-3611 | Акустический способ неразрушающего контрол качества изделий из многослойных материалов |
| US4924182A (en) * | 1989-01-09 | 1990-05-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Eddy current method to measure distance between scanned surface and a subsurface defect |
| US5167157A (en) * | 1991-03-26 | 1992-12-01 | Ball Corporation | Nondestructive inspection system for laminated products |
| RU2123687C1 (ru) * | 1997-01-15 | 1998-12-20 | Московский государственный университет леса | Многопараметрический дефектоскоп |
| RU2171469C1 (ru) * | 2000-11-10 | 2001-07-27 | Будадин Олег Николаевич | Способ неразрушающего контроля качества объекта и устройство для его осуществления |
| RU2526518C2 (ru) * | 2012-11-27 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Способ автоматизированного ультразвукового контроля изделий из полимерных композиционных материалов формы тел вращения |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2720437C1 (ru) * | 2019-11-11 | 2020-04-29 | Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик" (АО "ДПО "Пластик") | Способ автоматизированного контроля сплошности изделий и устройство для его осуществления |
| RU2733582C1 (ru) * | 2020-03-20 | 2020-10-05 | Софья Олеговна Козельская | Способ неразрушающего контроля конструкций из композитных материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Maillet et al. | Waveform-based selection of acoustic emission events generated by damage in composite materials | |
| US6925881B1 (en) | Time shift data analysis for long-range guided wave inspection | |
| RU2654298C1 (ru) | Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий и устройство для его осуществления | |
| Ismail | Selection of suitable NDT methods for building inspection | |
| Xing et al. | Quantitative metal magnetic memory reliability modeling for welded joints | |
| Misokefalou et al. | Non-destructive testing for quality control in automotive industry | |
| Thomas | Overview of nondestructive evaluation technologies | |
| Lobanov et al. | Influence of Internal Technological Defects on the Mechanical Properties of Structural CFRP | |
| Safizadeh et al. | Gas pipeline corrosion mapping using pulsed eddy current technique | |
| Gao et al. | Online monitoring of fatigue damage in welded joints using diffuse ultrasound | |
| Rokhlin et al. | Nondestructive sizing and localization of internal microcracks in fatigue samples | |
| RU2577037C1 (ru) | Способ вихретокового контроля толщины композитных материалов на неметаллических подложках и устройство для его осуществления | |
| RU2690033C1 (ru) | Способ электросиловой термографии пространственных объектов и устройство для его осуществления | |
| RU2720437C1 (ru) | Способ автоматизированного контроля сплошности изделий и устройство для его осуществления | |
| RU2676857C1 (ru) | Способ автоматизированного пространственного контроля сплошности изделий и устройство для его осуществления | |
| Bartha | Nondestructive evaluation applications for failure analysis | |
| Liu et al. | Comprehensive inspection and evaluation technique for atmospheric storage tanks | |
| Nemati et al. | Acoustic emission assessment of fatigue crack growth from a transverse weld toe | |
| RU2812233C1 (ru) | Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий сложной конструкции и устройство для его осуществления | |
| RU2650711C1 (ru) | Способ определения глубины залегания дефектов в изделиях из композиционных материалов | |
| Kaphle et al. | Acoustic emission technique-Opportunities, challenges and current work at QUT | |
| RU2666158C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля качества изделий | |
| KR20220067923A (ko) | 자기 공명 탐상 시스템 및 탐상 방법 | |
| Xing et al. | MMM fatigue damage evaluation and life prediction modeling for ferromagnetic materials | |
| Büyüköztürk et al. | Defect detection in porcelain tiles using ultrasound |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20200908 Effective date: 20200908 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201028 Effective date: 20201028 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201028 Effective date: 20210226 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20210719 Effective date: 20210719 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: SUBSEQUENT PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20210909 Effective date: 20210909 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201028 Effective date: 20211222 |