WO2023094716A1 - Sistema para medir el grosor de un cuerpo hueco - Google Patents

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WO2023094716A1
WO2023094716A1 PCT/ES2021/070859 ES2021070859W WO2023094716A1 WO 2023094716 A1 WO2023094716 A1 WO 2023094716A1 ES 2021070859 W ES2021070859 W ES 2021070859W WO 2023094716 A1 WO2023094716 A1 WO 2023094716A1
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hollow body
force
deformation
measuring
displacement
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PCT/ES2021/070859
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Inventor
César SÁNCHEZ IGLESIAS
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Encofrados J.Alsina S.A.
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/02—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B5/06—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/08—Detecting presence of flaws or irregularities
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Definitions

  • the present invention falls within the field of non-destructive analysis of materials.
  • the invention uses the deformation that a material undergoes to determine its thickness or thickness and with it, for example, other properties such as its state of conservation, its robustness, ability to resist efforts in a specific area, verification of design specifications, useful life remaining etc
  • micrometer is a measuring device that has two ends that are progressively approximated, usually by means of a threaded screw.
  • the micrometer Despite being easy to use, the micrometer has significant limitations. Unwanted layers of accessory materials need to be mechanically removed to perform the measurement. This process of removing unwanted layers is sometimes not feasible. For example, it can be easy to eliminate if the hollow body is a tube and the area to be measured is on the outside. On the other hand, it is difficult if the unwanted layer is on the inside if the tube is of a certain length, and impossible if there is no access from one of its ends.
  • the micrometer only reaches within a few centimeters of the open end of the tube, so it is not possible to make a measurement beyond a few cm (usually about 20 cm). .
  • Ultrasonic techniques are useful to detect certain defects in a body, such as cracks, fissures, craters, etc.
  • ultrasound-based devices are not capable of measuring thickness accurately enough, especially if the body is dirty.
  • Another drawback is that they require personnel trained for its use and for the interpretation of the result. Additionally, mention that it is essential to prepare the surfaces. If they are not conditioned, the result is distorted due to the difference in densities if the material has several layers.
  • the present invention proposes a system for measuring the thickness of a hollow body according to the independent claim more generally. Particular embodiments are defined in the dependent claims.
  • the thickness that is measured typically corresponds to the original material constituting the hollow body.
  • the system uses the expected elastic deformation of a layer of material on which a load is applied, that is, a known force.
  • the system uses a finite element analysis to calculate the deformations expected for the geometry and material of the body with various reference values.
  • a finite element analysis is performed for the factory face value and for a set of different bottom thicknesses. For example, if a tube is 0 60 mm with a 2 mm wall, the deformations are calculated for a wall of 2 mm, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6... etc.
  • One of the main advantages of this proposal is the ability to eliminate or discriminate the non-resistant part of the material in the measurement, enabling, in turn, the measurement at any point of the profile, in a non-destructive way. It is very versatile and can work with bodies that are painted, oxidized, that have dirt, are submerged in liquids, that transport fluids at low pressure, etc.
  • One of the industrial applications of the present invention is the measurement of the thickness of a material layer of a product.
  • a material layer of a product For example, when the material is forming a hollow body, specifically when, in addition to the layer of material whose thickness is to be measured, there are layers of other materials.
  • Such is the typical case of a tube made of metallic material that has adhered layers of oxides, paints or other residues on its inside and/or outside face.
  • the additional thickness that these additional layers contribute to the total is not usually of interest to identify problem areas. For example, areas structurally weakened by the thinning of the material responsible for providing resistance to the body.
  • FIGS. 1A-1 B They show explanatory diagrams of the operating principle of the invention.
  • FIGS. 2A-2B Show application examples of the invention.
  • FIG. 3 Graphically shows the function of wall thickness against the measured deformation.
  • FIGS. 4 Shows a functional block diagram of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A.- Shows a schematic view of a possible embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B.- Shows a schematic view of a part of the embodiment shown in FIG. 5A in greater detail.
  • FIG. 1 A shows a profile view of a hollow body 11, specifically a tube, at two different moments: before and during the application of a force.
  • the force is exerted through a pair of application punches 5 opposite each other, between which the hollow body 11 is located.
  • These punches behave like indenters but without actually leaving a permanent impression.
  • a temporary collapse or bending of the adjoining surface of the hollow body 11 that contacts the application punch 5 is generated. Seen in cross section, this produces a temporary change in the shape of the hollow body 11 that translates into a decrease in the distance (e.g. diameter) between two points of the hollow body 11 .
  • This decrease in distance can be measured as a vertical displacement in the direction of the force.
  • the hollow body 11 is a tube or conduit with a circular section
  • the geometry of its section temporarily changes from being circular to being elliptical.
  • the tube or conduit returns to its original state, recovering the circular geometry of its section.
  • FIG. 1B shows a side view of the hollow body 11 while a force is applied to it through the application punches 5 opposed to each other. A small subsidence is observed in the area of application that is medium.
  • FIG. 2A an example is presented in which to advantageously apply the present invention.
  • a schematic structure of a hollow body 11 made of metal (eg steel) covered by two layers is shown.
  • the value of e2 must be determined, which is the thickness of metal that has not been affected by corrosion and, therefore, , is the resistant thickness.
  • FIG. 2B shows an example with a section of a hollow body 11 corresponding to a tube where an area can be seen on which the punch applies the force (with a punch diameter of 9 mm).
  • the radial and longitudinal axes of symmetry of the body 11 are also indicated.
  • FIG. 3 graphically shows the wall thickness-strain function produced in a hollow body, in particular for a round tube (circular section).
  • the deformations are calculated under a force F of a magnitude not exceeding the elastic limit of the material.
  • An analysis by finite elements is carried out, and under a certain force, the graph is plotted that relates the deformation produced, measured as a relative displacement on the surface (a temporary superficial subsidence appears) of the hollow body with the resistant thickness of said body. gap.
  • FIG. 4 presents a functional block diagram according to an embodiment of the system 20 that illustrates the relationships between some of the units that, in general, can form part of the same system 20.
  • the system 20 includes a force application unit 9 that applies a deformation force on the hollow body 11.
  • a displacement measurement unit 14 measures the temporary deformation produced in the hollow body 11.
  • the deformation is measured as a displacement due to subsidence of the surface in that area with respect to its previous state, that is, before to apply force.
  • a comparison unit 15 generally includes a processor 17 that accesses the memory 16 and performs a comparison between the displacement value measured by the displacement measurement unit 14 and its corresponding value in the finite element model for a force of equal value to that applied by the force application unit 9.
  • a deviation of 5% may not be significant, but a deviation of 25% is.
  • more structural robustness may be required if the hollow body is used to transport fluid under pressure than if it is used to transport by gravity.
  • different recommendations or actions can be established: monitor, replace, repair, etc.
  • the maximum tolerable deviation can be much less than if it is a non-essential part.
  • recommendations or actions can be configured in the processor 17 based on different criteria. For example, through a user interface for information input/output 18, it is possible to select one or several criteria, such as the time since the previous and/or the following inspection, the use, the degree of importance in a facility, etc You can also visually display the result of the comparison.
  • the interface 18 can be made as a touch screen with which a user 10 can interact with the system 20. With this, design specifications can be verified, its state of conservation, its robustness, its resistance to stresses can also be inferred. located, remaining useful life, next inspection, etc.
  • FIG. 5A shows a simplified view according to a specific embodiment of a system 20 to measure the thickness of a body 11 with vapors of its elements. constructive.
  • a frame 8 is provided where the body 11 is mounted located between two facing arms.
  • One of these arms is a pretensioning device 1 whose function is to keep the hollow body 11 in position when force is applied.
  • the other arm is an application device 2 that can be moved horizontally. Both devices 1, 2, and optionally, in cooperation with a third alignment device 3 that allows vertical adjustment of the position, seat and hold the body 11 in a fixed position to press it.
  • the application device 2 is coupled with an elastic element 4 and with an application punch 5.
  • coupling element 6 for rigidly coupling the application punch 5 of the system 20 with a measuring device, which in this embodiment is a micrometer 7, with which sufficient precision is obtained.
  • FIG. 5B shows in greater detail various elements of the embodiment of the system of FIG. 5A.
  • a coupling element 6 a steel pin can be used integrally attached by a first end to the application punch 5 (for example, screwed), and by another second end attached to the sliding part 71 of the micrometer 7, preferably, so that can be easily disassembled.
  • This sliding part 71 is mounted on a fixed part 72 of the micrometer 7.
  • the displacement of the application punch 5 is transmitted to the sliding part 71 of the micrometer 7 or, in general, of another measuring device.
  • the first step is to place the body 11 in the system 20.
  • the alignment device 3 must be adjusted to correctly align the axis of application of the forces F0 and F1 as previously simulated by finite element analysis.
  • the application device 1 is then moved towards the hollow body 11 which is to be measured.
  • a screw is used and is manually approached until it slightly presses the body 11 against the pretensioning device 1 and exerts a force F0.
  • the application device 2 is acted on.
  • a screw with a limited and known path that produces a displacement and exerts a force F1.
  • This known displacement is applied in turn to an elastic element, for example, a Belleville washer -a type of spring in the shape of a frusto-conical washer- or an analogous element that has a quasi-linear force response against deformation in a range of interest.
  • the application device 2 moves to the opposite limit to remove the tension.

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Abstract

Sistema (20) para medir el grosor de un cuerpo hueco (11) que comprende una unidad de aplicación de fuerza (9) para aplicar una fuerza de deformación sobre el cuerpo hueco (11); una unidad de medición de desplazamiento (14) para medir una deformación asociada a la fuerza aplicada, donde medir la deformación comprende medir un desplazamiento producido por una deformación de la superficie; una unidad de comparación (15) para comparar el desplazamiento medido para la fuerza aplicada con una referencia esperada obtenida mediante un modelo de elementos finitos y establecer un grado de conservación del cuerpo hueco (11).

Description

DESCRIPCION
SISTEMA PARA MEDIR EL GROSOR DE UN CUERPO HUECO
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se encuadra dentro del campo de análisis no destructivo de materiales. La invención emplea la deformación que sufre un material para determinar su grosor o espesor y con ello, por ejemplo, otras propiedades como su estado de conservación, su robustez, capacidad de resistir esfuerzos en una zona concreta, verificación de especificaciones de diseño, vida útil restante, etc.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Existen varias técnicas no destructivas de medición del espesor o grosor actualmente. Un tipo de técnica, de carácter mecánico, se basa en el empleo de un micrómetro. El micrómetro es un dispositivo de medida que posee dos extremos que se aproximan progresivamente, generalmente mediante un tornillo de rosca.
A pesar de ser fácil de usar, el micrómetro cuenta con limitaciones importantes. Es necesario eliminar mecánicamente las capas no deseadas de materiales accesorios para realizar la medición. Este proceso de eliminación de capas no deseadas en ocasiones no es viable. Por ejemplo, puede ser fácil de eliminar si el cuerpo hueco es un tubo y la zona a medir está en el exterior. En cambio, es complicado si la capa no deseada se encuentra en la parte interior si el tubo es de cierta longitud, e imposible si no hay acceso por alguno de sus extremos.
Además, incluso cuando es viable la retirada de las capas no deseadas, el micrómetro solamente alcanza a pocos centímetros del extremo abierto del tubo, por lo que no es posible hacer una medición más allá de unos pocos cm (generalmente, sobre unos 20 cm).
Existen otro tipo de técnicas basadas en ultrasonidos que, a su vez, presentan limitaciones. Las técnicas de ultrasonidos son útiles para detectar ciertos defectos en un cuerpo, tales como grietas, fisuras, cráteres, etc. Sin embargo, los dispositivos basados en ultrasonidos no son capaces de medir con suficiente precisión un grosor, especialmente si el cuerpo presenta suciedad. Otro inconveniente es que precisan personal formado para su utilización y para la interpretación del resultado. Adicionalmente mencionar que, es imprescindible la preparación de las superficies. Si no se acondicionan, el resultado queda falseado a causa de la diferencia de densidades si el material presenta vahas capas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención propone un sistema para medir el grosor de un cuerpo hueco de acuerdo con la reivindicación independiente de manera más general. Realizaciones particulares se definen en las reivindicaciones dependientes. El grosor que se mide corresponde típicamente con el material original constituyente del cuerpo hueco.
El sistema utiliza la deformación elástica esperada de una capa de material sobre el que se aplica una carga, es decir, una fuerza conocida.
El sistema utiliza un análisis por elementos finitos para calcular las deformaciones esperables para la geometría y material del cuerpo con vahos valores de referencia. Típicamente, para cuerpos que han sido producidos industhalmente, se realiza un análisis por elementos finitos para el valor nominal de fábrica y para un conjunto de diferentes gruesos inferiores. Por ejemplo, si un tubo es de 0 60 mm con pared de 2 mm, se calculan las deformaciones para pared de 2 mm, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6... etc.
Una de las ventajas principales de la presente propuesta es la capacidad de eliminar o de discriminar la parte no resistente del material en la medición, habilitando a su vez, la medición en cualquier punto del perfil, de una forma no destructiva. Es muy versátil y puede trabajar con cuerpos pintados, oxidados, que presenten suciedad, sumergidos en líquidos, que transporten fluidos a baja presión, etc.
Una de las aplicaciones industriales de la presente invención es la medición del grosor de una capa de material de un producto. Por ejemplo, cuando el material está formando un cuerpo hueco, concretamente cuando además de la capa de material cuyo grosor se desea medir, existan capas de otros materiales. Tal es el caso típico de un tubo de material metálico que presente en su cara interior y/o exterior, capas adheridas de óxidos, pinturas u otros residuos. El grosor adicional que aportan estas capas suplementarias al total no suele ser de interés para identificar zonas problemáticas. Por ejemplo, zonas debilitadas estructuralmente por el adelgazamiento del material encargado de aportar resistencia al cuerpo. BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
FIGS. 1A-1 B: Muestran esquemas explicativos del principio de funcionamiento de la invención.
FIGS. 2A-2B: Muestran ejemplos de aplicación de la invención.
FIG. 3: Muestra gráficamente la función espesor de pared frente a la deformación medida.
FIGS. 4: Muestra un diagrama de bloques funcionales de una realización de la presente invención.
FIG. 5A.- Muestra una vista esquemática de una posible realización de la presente invención.
FIG. 5B.- Muestra una vista esquemática de una parte de la realización mostrada en la FIG. 5A en mayor detalle.
REFERENCIAS NUMÉRICAS
1 Dispositivo de pretensión.
2 Dispositivo de aplicación.
3 Dispositivo de alineación.
4 Elemento elástico de respuesta lineal.
5 Punzón de aplicación.
6 Elemento de acoplamiento para micrómetro.
7 Micrómetro.
71 Parte deslizable del micrómetro.
72 Parte fija del micrómetro.
8 Bastidor.
9 Unidad de aplicación de fuerza. 11 Cuerpo hueco.
10 Usuario.
12 Capa exterior.
13 Capa interior.
14 Unidad de medición de desplazamiento.
15 Unidad de comparación.
16 Memoria.
17 Procesador.
18 Interfaz de usuario.
20 Sistema para medir el grosor.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Para una mejor comprensión de la presente invención, se describen diversos aspectos, con carácter ilustrativo y no limitativo, mediante las figuras anteriormente.
La FIG. 1 A muestra una vista en perfil de un cuerpo hueco 11 , concretamente un tubo, en dos momentos diferentes: antes de, y durante la aplicación de una fuerza. La fuerza se ejerce a través de una pareja de punzones de aplicación 5 opuestos entre sí entre los que se ubica el cuerpo hueco 11. Estos punzones se comportan como identadores pero sin llegar a dejar una impresión permanente. Así se genera un hundimiento temporal o flexión de la superficie colindante del cuerpo hueco 11 que contacta con el punzón de aplicación 5. Ello produce, visto en sección transversal, un cambio transitorio en la forma del cuerpo hueco 11 que se traduce en una disminución de la distancia (e.g. diámetro) entre dos puntos del cuerpo hueco 11 . Esta disminución de la distancia puede ser medida como un desplazamiento vertical en la dirección de la fuerza.
Por ejemplo, si el cuerpo hueco 11 es un tubo o conducto de sección circular, entonces bajo la acción de la fuerza aplicada, cambia temporalmente la geometría de su sección y pasa de ser circular a ser elíptica. Cuando se retira la fuerza, el tubo o conducto vuelve al estado original recuperando la geometría circular de su sección.
La FIG. 1 B muestra una vista lateral del cuerpo hueco 11 mientras se le aplica una fuerza a través de los punzones de aplicación 5 opuestos entre sí. Se observa un pequeño hundimiento en la zona de aplicación que es medióle. En la FIG. 2A se presenta un ejemplo en el que aplicar ventajosamente la presente invención. Se muestra una estructura esquemática de un cuerpo hueco 11 de metal (por ejemplo, acero) cubierto por dos capas. Una capa exterior 12, típicamente de pintura y una capa interna 13, por ejemplo, de óxido. Si se desea conocer el grosor de material originario del cuerpo 11 , e2, se ha de restar el grosor, e1, de la capa exterior 12, y el grosor, e3, de la capa interior 13. Por ejemplo, para calcular la resistencia de la sección de material del cuerpo 11 (momento de inercia, momento polar de inercia, superficie...), se debe determinar el valor de e2, que es el grosor de metal que no ha sido afectado por la corrosión y, por lo tanto, es el espesor resistente.
La FIG. 2B muestra un ejemplo con un corte de un cuerpo hueco 11 correspondiente a un tubo donde se aprecia un área sobre la que el punzón aplica la fuerza (con un diámetro del punzón de 9 mm). También se indican los ejes de simetría radial y longitudinal del cuerpo 11.
La FIG. 3 muestra gráficamente la función espesor de pared - deformación producida en un cuerpo hueco, en particular para un tubo redondo (sección circular). Las deformaciones se calculan bajo una fuerza F de una magnitud que no exceda el límite elástico del material. Se realiza un análisis por elementos finitos, y bajo una fuerza de determinada, se traza el gráfico que relaciona la deformación producida, medida como un desplazamiento relativo en la superficie (aparece un hundimiento superficial temporal) del cuerpo hueco con el espesor resistente de dicho cuerpo hueco.
En este caso, se obtiene como resultado: y = -985, 3x3 + 314,97x2 - 38,984x + 3, 1342; donde y es el valor del espesor de la pared en mm y x es valor del desplazamiento por deformación en la superficie en mm. Esta función y proporciona directamente el espesor de pared del cuerpo hueco en función del desplazamiento medido x.
La FIG. 4 se presenta un diagrama de bloques funcionales de acuerdo con una realización del sistema 20 que ¡lustra las relaciones entre algunas de las unidades que, con carácter general, pueden formar parte del mismo sistema 20.
El sistema 20 incluye una unidad de aplicación de fuerza 9 que aplica una fuerza de deformación sobre el cuerpo hueco 11. Como parte del sistema 20, una unidad de medición de desplazamiento 14 mide la deformación temporal producida en el cuerpo hueco 11. Habitualmente, la deformación se mide como un desplazamiento por hundimiento de la superficie en esa zona respecto a su estado previo, esto es, antes de aplicar fuerza.
Existe un modelo de elementos finitos correspondiente al cuerpo hueco 11 que proporciona información de cómo se comporta frente a diferentes magnitudes de fuerza (esto es, cuánto se desplaza la superficie del cuerpo). Este modelo puede estar almacenado en una memoria 16. Una unidad de comparación 15, generalmente incluye un procesador 17 que accede a la memoria 16 y realiza una comparación entre el valor de desplazamiento medido por la unidad de medición de desplazamiento 14 y su correspondiente en el modelo de elementos finitos para una fuerza de igual valor a la aplicada por la unidad de aplicación de fuerza 9.
Según sea la disparidad de la comparación entre el valor teórico y el medido, se puede establecer una conclusión acerca de las propiedades del cuerpo hueco 11. Una posibilidad es establecer varios rangos en función de la desviación respecto del valor teórico y/o considerando a qué utilización se destina.
Por ejemplo, una desviación del 5% puede ser no significativa pero una desviación del 25% sí. Por ejemplo, se puede exigir más robustez estructural si el cuerpo hueco se destina a transporte de fluido a presión que si se destina a transporte por gravedad. Definiendo uno o vahos umbrales de desviación, se pueden establecer diferentes recomendaciones o actuaciones: monitohzar, reemplazar, reparar, etc. Por ejemplo, si el cuerpo hueco es una pieza básica en una instalación o aparato, la desviación máxima tolerable puede ser mucho menor que si se trata de una pieza no esencial.
Estas recomendaciones o actuaciones pueden ser configurables en el procesador 17 en función de diferentes criterios. Por ejemplo, a través de una interfaz de usuario para entrada/salida 18 de información, se permite seleccionar uno o varios criterios, como el tiempo desde la anterior y/o la siguiente inspección, la utilización, el grado de importancia en una instalación, etc. También se puede mostrar visualmente el resultado de la comparación. Por ejemplo, la interfaz 18 puede realizarse como una pantalla táctil con la que un usuario 10 pueda interactuar con el sistema 20. Con esto se pueden verificar especificaciones de diseño, también se puede inferir su estado de conservación, su robustez, su resistencia a esfuerzos localizados, vida útil restante, próxima inspección, etc.
La FIG. 5A muestra una vista simplificada según una realización concreta de un sistema 20 para medir el grosor de un cuerpo 11 con vahos de sus elementos constructivos.
Para realizar conjuntamente la unidad de medición del desplazamiento y para la unidad de aplicación de fuerza explicadas en la FIG. 4, se prevé un bastidor 8 donde se monta el cuerpo 11 ubicado entre dos brazos enfrentados. Uno de estos brazos es un dispositivo de pretensión 1 cuya función es mantener el cuerpo hueco 11 en posición cuando se aplica fuerza. El otro brazo es un dispositivo de aplicación 2 que es desplazadle horizontalmente. Ambos dispositivos 1 , 2, y opcionalmente, en cooperación con un tercer dispositivo de alineación 3 que permite la regulación vertical de la posición, asientan y sostienen al cuerpo 11 en una posición fija para presionarlo. El dispositivo de aplicación 2 está acoplado con un elemento elástico 4 y con un punzón de aplicación 5.
También hay un elemento de acoplamiento 6 para acoplar rígidamente el punzón de aplicación 5 del sistema 20 con un dispositivo de medición, que en esta realización es un micrómetro 7, con el que se obtiene suficiente precisión.
En la FIG. 5B se muestra en mayor detalle varios elementos de la realización del sistema de la FIG. 5A. Se puede usar como elemento de acoplamiento 6 un pasador de acero unido solidariamente por un primer extremo al punzón de aplicación 5 (por ejemplo, atornillado), y por otro segundo extremo unido a la parte deslizante 71 del micrómetro 7, preferentemente, de manera que pueda desmontarse fácilmente. Esta parte deslizante 71 está montada sobre una parte fija 72 del micrómetro 7. Así, el desplazamiento del punzón de aplicación 5 se transmite a la parte deslizante 71 del micrómetro 7 o en general de otro dispositivo de medida.
Se ha de entender que las referencias vertical y horizontal corresponden con la posición en el dibujo de la FIG. 5A. El sistema 20 no requiere una disposición u orientación específica para ser empleado.
Para mayor claridad del sistema 20, se explica el funcionamiento durante una medición:
- El primer paso es colocar el cuerpo 11 en el sistema 20. Se debe regular el dispositivo de alineación 3 para alinear correctamente el eje de aplicación de las fuerzas F0 y F1 según se haya simulado previamente mediante el análisis de elementos finitos.
- Seguidamente, se pone a cero la lectura del micrómetro 7.
- A continuación, se aproxima el dispositivo de aplicación 1 hacia el cuerpo hueco 11 que se va a medir. Por ejemplo, en una realización se utiliza un tornillo y se aproxima manualmente hasta que apriete ligeramente el cuerpo 11 contra el dispositivo de pretensión 1 y ejerce una fuerza F0.
- Seguidamente, se actúa sobre el dispositivo de aplicación 2. Por ejemplo, en una realización existe un tornillo con un recorrido limitado y conocido que produce un desplazamiento y ejerce una fuerza F1. Este desplazamiento conocido se aplica a su vez sobre un elemento elástico, por ejemplo, una arandela Belleville -un tipo de muelle con forma de arandela tronco-cónica- o un elemento análogo que posea una respuesta fuerza frente a deformación cuasi lineal en un rango de interés.
- Tras actuar con un desplazamiento limitado sobre el dispositivo de aplicación 2, el punzón 5 está ejerciendo una fuerza conocida sobre el cuerpo 11. En este momento, se registra la lectura del micrómetro 7, valor d1.
- Posteriormente, el dispositivo de aplicación 2 se desplaza hasta el límite opuesto para retirar la tensión.
- Seguidamente, se registra la lectura del micrómetro 7, valor dO. El valor absoluto de la diferencia d1-d0, la deformación (hundimiento) que F1 ha generado sobre el perfil, que es el valor que hay que comprobar en la gráfica de la función matemática deformación-espesor.
Otras formas de realización son posibles que difieran en cómo son las fuerzas que se aplican. Por ejemplo, pueden realizarse versiones con otros actuadores para ejercer fuerzas de tipo neumático, oleo-hidráulico, por contrapeso, eléctricas, etc. También en el dispositivo de medida empleado, en lugar de un micrómetro otros sensores podrían ser usados.
Análisis por elementos finitos:
Es una técnica de simulación por computador para modelar numérica y matemáticamente cuerpos de cualquier geometría y/o material. Esta técnica ofrece la posibilidad de simular el comportamiento de un cuerpo bajo diversas condiciones de fuerzas, temperatura, presión, etc. Estas tareas se realizan mediante computador que ejecutan en sus procesador(es) programas de software. En el caso de elementos mecánicos, se dibuja en 3 dimensiones el cuerpo a modelar. A continuación, se sectoriza su volumen en pequeñas porciones, lo que se conoce como mallado. Sobre esta malla tridimensional se simula, por ejemplo, la aplicación de fuerzas. Esta malla tridimensional obedece a las leyes físicas del material a estudiar. Así, de forma matemática, puede determinarse su comportamiento. Por ejemplo, cómo se deforma el cuerpo bajo una fuerza, hasta dónde puede deformarse sin llegar a la rotura, etc..

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema (20) para medir el grosor de un cuerpo hueco (11) caracterizado por que comprende: una unidad de aplicación de fuerza (9) configurada para aplicar una fuerza de deformación sobre el cuerpo hueco (11), donde el valor de la fuerza aplicada es seleccionadle; una unidad de medición de desplazamiento (14) configurada para medir una deformación asociada a la fuerza aplicada en el cuerpo hueco (11), donde medir la deformación comprende medir un desplazamiento producido por una deformación de la superficie del cuerpo hueco (11); una unidad de comparación (15) configurada para comparar el desplazamiento medido para la fuerza aplicada con una referencia esperada, donde la referencia esperada se obtiene mediante un modelo de elementos finitos del cuerpo hueco (11) y para inferir una propiedad del cuerpo hueco (11) en función de la desviación entre desplazamiento medido y la referencia esperada.
2. Sistema (20) según la reivindicación 1 , donde la unidad de aplicación de fuerza (9) comprende un dispositivo de aplicación (2) con un punzón de aplicación (5).
3. Sistema (20) según la reivindicación 2, donde la unidad de aplicación de fuerza (9) comprende un dispositivo de alineación (3) del cuerpo hueco (11) para mantener al cuerpo (11) en una posición fija.
4. Sistema (20) según la reivindicación 3, donde el dispositivo de alineación (3) y dispositivo de aplicación (2) siguen direcciones perpendiculares para actuar sobre el cuerpo hueco (11).
5. Sistema (20) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad de medición de desplazamiento (14) comprende un micrómetro (7).
6. Sistema (20) según la reivindicación 5, donde el micrómetro (7) comprende una parte fija (71) y una parte deslizable (72) respecto de la parte fija (71), donde la parte deslizable (72) está conectada solidariamente mediante un elemento de acoplamiento (6) rígido con la unidad de aplicación de fuerza (2) que actúa sobre el cuerpo hueco (11).
9
7. Sistema (20) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad de comparación (15) comprende un procesador (17) configurado para acceder a una memoria (16), donde la memoria (16) almacena una pluralidad de referencias de desplazamientos para una pluralidad de grosores del cuerpo hueco (11).
8. Sistema (20) según la reivindicación 7, que comprende además una interfaz (15) acoplada con el procesador (17), donde la interfaz (15) está configurada para interactuar con un usuario (10).
9. Sistema (20) según la reivindicación 8, donde mediante la interfaz (15) se selecciona el valor de la fuerza de deformación aplicada por la unidad de aplicación de fuerza (9).
10. Sistema (20) según la reivindicación 8 o 9, donde mediante la interfaz (15) se selecciona un criterio para establecer qué propiedad inferir del cuerpo hueco (11).
11. Sistema (20) según la reivindicación 10, donde la propiedad a inferir del cuerpo hueco (11) se elige entre al menos una de las siguientes:
- un grado de conservación;
- robustez;
- vida útil restante;
- cumplimiento de una especificación de diseño;
- cambio frecuencia de próxima inspección.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100212405A1 (en) * 2007-03-20 2010-08-26 Verderg Ltd Method and apparatus for pipe testing
WO2014037402A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-13 Katholieke Universiteit Leuven Method and apparatus for examining eggs
JP2020038128A (ja) * 2018-09-04 2020-03-12 義昭 新納 内部状態推定システム

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