Тепловой дефектоскоп

Изобретение относится к неразрушающему контролю скрытых дефектов в композиционных материалах и изделиях активным тепловым методом, используемых в авиакосмической, ракетной, атомной, машиностроительной и энергетической отраслях промышленности. Тепловой дефектоскоп содержит открытый корпус, внутри которого размещены тепловизор и два оптических источника нагрева, в отражателях которых установлены галогеновые лампы. К отражателям с помощью подвижных шарниров прикреплены металлические полые шторки. Внутренние стороны шторок выполнены из металла с коэффициентом отражения не ниже 0,7. Внешние стороны шторок, выполнены из металла с коэффициентом поглощения не ниже 0,9 и классом шероховатости не выше 3-го. Полости шторок заполнены теплоизоляционным негорючим материалом. Открытие и закрытие шторок обеспечивают соленоиды, сердечники которых прикреплены к подвижным шарнирам. Технический результат - повышение достоверности контроля за счет снижения уровня тепловых помех в контролируемой области. 1 ил.

 

Изобретение относится к исследованию или анализу материалов с помощью тепловых средств, а именно к неразрушающему контролю активным тепловым методом и может быть использовано для контроля скрытых дефектов в композиционных материалах и изделиях, относящихся к авиакосмической, ракетной, атомной, машиностроительной и энергетической отраслям промышленности.

Известно устройство для проведения активного теплового неразрушающего контроля скрытых дефектов в твердых телах [RU 2509300 С1, МПК G01N 25/72 (2006.01), опубл. 10.03.2014], которое содержит два оптических источника нагрева с использованием галогеновых ламп, снабженных непрозрачными шторками, и тепловизор, соединенный с компьютером. Устройство позволяет проводить испытания материалов и изделий путем тепловой стимуляции их поверхности оптическим источником нагрева с одновременной регистрацией нестационарного температурного поля этой поверхности в процессе нагрева и/или охлаждения в виде последовательности термограмм с помощью тепловизора. Остаточное излучение выключенного оптического источника нагрева перекрывается для устранения отраженного контролируемой поверхности излучения с помощью непрозрачных шторок.

Известно устройство для проведения активного теплового неразрушающего контроля композиционных материалов и металлов, позволяющее обнаруживать скрытые в композиционных материалах и металлах дефекты [Optimizing components and evaluating technical performance of IR thermographic NDT systems, A.O. Chulkov, V.P. Vavilov, S.S. Pawar. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering Volume 9861, 2016. - P. 1-10]. Устройство содержит оптический источник нагрева с использованием четырех галогеновых ламп, оснащенный механизмом перекрытия остаточного теплового излучения ламп после их выключения с помощью непрозрачных шторок, и тепловизор, соединенный с компьютером.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является тепловой дефектоскоп для неразрушающего контроля цилиндрических металлических изделий [RU 142185 U1, МПК G01N 25/00 (2006.01), опубл. 20.06.2014], который содержит два оптических источника нагрева на базе двух управляемых галогеновых ламп в каждом и тепловизор, подключенный к компьютеру. Оптические источники нагрева служат для тепловой стимуляции объекта контроля и подключены к блоку питания, который соединен с компьютером. Оптические источники нагрева снабжены программно-управляемыми непрозрачными шторками. Все элементы устройства расположены по одну сторону контролируемого изделия, которое установлено на испытательном столе, выполненном с возможностью вращения. Устройство вращения соединено с компьютером.

Непрозрачные шторки в процессе длительного контроля нагреваются остаточным излучением выключенных оптических источников нагрева. Собственное излучение шторок, в свою очередь, отражается от поверхности объекта контроля и попадает в поле зрения тепловизора, что затрудняет интерпретацию результатов контроля и снижает его производительность в связи с необходимостью применения сложных математических алгоритмов обработки изображений, а также снижает достоверность результатов контроля в связи с пропуском дефектов и/или обнаружением ложных дефектов.

Предложенный тепловой дефектоскоп позволяет повысить достоверность контроля за счет снижения уровня тепловых помех на поверхности объекта контроля.

Тепловой дефектоскоп, также как в прототипе, содержит два оптических источника нагрева в виде управляемых галогеновых ламп, снабженных непрозрачными шторками, тепловизор, расположенный между оптическими источниками нагрева и подключенный к компьютеру, блок питания.

Согласно изобретению в открытом корпусе теплового дефектоскопа размещены тепловизор и два оптических источника нагрева, в отражателях которых установлены галогеновые лампы. К открытой части отражателей с помощью подвижных шарниров прикреплены металлические полые шторки. Стороны шторок, обращенные к лампам, выполнены из металла с коэффициентом отражения не ниже 0,7, а внешние стороны шторок, обращенные к объекту контроля, выполнены из металла с коэффициентом поглощения не ниже 0,9 и классом шероховатости не выше 3-го. Полости шторок внутри заполнены теплоизоляционным негорючим материалом с коэффициентом теплопроводности не выше 0,036 Вт/(м×К). К подвижному шарниру каждого оптического источника нагрева прикреплен сердечник соленоида. Оба соленоида подключены к первому электронному ключу, который связан с блоком питания и компьютером. Лампы источника нагрева подключены ко второму электронному ключу, который соединен с блоком питания и компьютером.

Использование предложенной конструкции шторок позволяет повысить достоверность неразрушающих испытаний за счет снижения уровня тепловых помех на поверхности объекта контроля на стадии его остывания, то есть, после прекращения нагрева. Стороны шторок, выполненные из материала с высоким коэффициентом отражения, обращенные к лампам, после отключения ламп отражают остаточное излучение источника нагрева, а теплоизоляционный слой в полости шторок исключает теплопередачу между внутренними и внешними сторонами шторок. Внешние стороны шторок, выполненные из материала с высоким коэффициентом поглощения, снижают вероятность отражения инфракрасного излучения окружающих предметов от шторок на инспектируемую область поверхности объекта контроля.

На фиг. 1 схематично изображен тепловой дефектоскоп.

Тепловой дефектоскоп содержит открытый корпус 1, внутри которого размещены два оптических источника нагрева, в отражателях 2 и 3 которых установлены галогеновые лампы 4 и 5 (одна или несколько в каждом). К открытой части отражателей 2 и 3 с помощью подвижных шарниров 6 и 7 прикреплены металлические полые шторки. Стороны 8 и 9 шторок, обращенные к галогеновым лампам 4 и 5, выполнены из металла с коэффициентом отражения не ниже 0,7, например, из полированной стали. Внешние стороны 10 и 11 шторок, выполнены из металла с коэффициентом поглощения не ниже 0,9 и классом шероховатости не выше 3-го, например, из черненой стали. Полости шторок заполнены теплоизоляционным негорючим материалом, например, минеральной ватой с коэффициентом теплопроводности не выше 0,036 Вт/(м×К), или воздухом. К подвижным шарнирам 6 и 7 прикреплены сердечники соленоидов 12 (С1) и 13 (С2). Тепловизор 14 размещен внутри корпуса 1 между оптическими источниками нагрева и подключен к компьютеру 15. Соленоиды 12(С1)и 13 (С2) подключены к первому электронному ключу 16 (К1), который подключен к компьютеру 15 и соединен с блоком питания 17 (БП), подключенным к сети 220 В. Галогеновые лампы 4 и 5 подключены ко второму электронному ключу 18 (К2), который соединен с блоком питания 17 (БП) и с компьютером 15. Тепловой дефектоскоп установлен перед объектом контроля 19.

В качестве тепловизора 14 может быть использован тепловизионный модуль FLIR A325sc с температурной чувствительностью 0,06°С, матрицей размером 320×240 и частотой записи термограмм 10 Гц. В качестве соленоидов 12 (С1) и 13 (С2) могут быть использованы электромагниты ОМ-1039 В с ходом сердечника 10 мм и усилием втягивания 100 г.В качестве электронных ключей 16 (К1) и 18 (К2) может быть использован модуль Ke-USB24R с набором реле, управляющим высоковольтными нагрузками через USB интерфейс. В качестве блока питания 17 (БП) могут быть использованы трансформатор ТП112-2 с входным напряжением 220 В и выходным напряжением 12 В, номинальной мощностью 7 Вт.

Оператор располагает тепловой дефектоскоп перед объектом контроля 19, например, элементом планера самолета, выполненного из композиционного материала, на расстоянии от 0,4 до 1 м и с помощью специализированной программы, установленной на компьютер 15, задает требуемые параметры контроля: длительность работы галогеновых ламп 4 и 5, частоту записи инфракрасных термограмм тепловизором 14, после чего с помощью компьютера 15 запускает процесс контроля.

Тепловизор 14 начинает записывать инфракрасные термограммы контролируемой зоны объекта контроля 19. После регистрации первой инфракрасной термограммы, используемой для фиксации начальной температуры поверхности объекта контроля 19, компьютер 15 подает сигнал второму электронному ключу 18 (К2) для включения галогеновых ламп 4 и 5. После временной задержки, длительностью от 1 до 5 секунд (в зависимости от типа галогеновой лампы и инерционности), что необходимо для выхода галогеновых ламп 4 и 5 на рабочий режим и создания прямоугольного фронта импульса нагрева, компьютер 15 подает сигнал через первый электронный ключ 16 (К1) на соленоиды 12 (С1) и 13 (С2), которые воздействуют на шарниры 6 и 7 и открывают шторки оптических источников нагрева (на фиг. 1 одна шторка показана в открытом положении). Происходит нагрев поверхности объекта контроля 19 в течение периода времени, программно заданного оператором.

По окончании заданного оператором времени нагрева, компьютер 15 одновременно подает сигналы на первый электронный ключ 16 (К1) для воздействия через соленоиды 12 (С1) и 13 (С2) на шарниры 6 и 7 для закрытия шторок, и на второй электронный ключ 18 (К2) для отключения галогеновых ламп 4 и 5.

Тепловизор 14 продолжает запись инфракрасных термограмм нагретой зоны объекта контроля 19 в фазе остывания в течение времени, установленного оператором с помощью компьютера 15.

По окончании заданного времени регистрация термограмм тепловизором 14 прекращается. Записанные инфракрасные термограммы сохраняют в компьютере 15.

Для повышения уровня выявляемости дефектов в проконтролированной области оператор обрабатывает полученную последовательность инфракрасных термограмм с помощью компьютера 15, используя различные алгоритмы, например, метод анализа главных компонент или преобразование Фурье, входящих в опционал специализированной программы, например, ThermoFit.

После окончания процедуры контроля оператор перемещает тепловой дефектоскоп для испытания следующей зоны объекта контроля 19, причем, для исключения пропусков дефектов, следующая зона контроля перекрывает предыдущие зоны не менее, чем на 10%.

Результатом испытаний является карта дефектов объекта контроля 19, состоящая из отдельных карт дефектов каждой проконтролированной зоны.

Тепловой дефектоскоп, содержащий два оптических источника нагрева в виде управляемых галогеновых ламп, снабженных непрозрачными шторками, тепловизор, расположенный между оптическими источниками нагрева и подключенный к компьютеру, блок питания, отличающийся тем, что в открытом корпусе закреплены тепловизор и два оптических источника нагрева, в отражателях которых размещены галогеновые лампы, к открытой части отражателей с помощью подвижных шарниров прикреплены полые шторки, причем стороны шторок, обращенные к галогеновым лампам, выполнены из металла с коэффициентом отражения не ниже 0,7, а внешние стороны шторок, обращенные к объекту контроля, выполнены из металла с коэффициентом поглощения не ниже 0,9 и классом шероховатости не выше 3-го, внутри полости шторок заполнены теплоизоляционным негорючим материалом с коэффициентом теплопроводности не выше 0,036 Вт/(м×К), к подвижному шарниру каждого оптического источника нагрева прикреплен сердечник соленоида, оба соленоида подключены к первому электронному ключу, который связан с блоком питания и компьютером, галогеновые лампы подключены ко второму электронному ключу, который соединен с блоком питания и с компьютером.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, определяющей тепловую стойкость конструкций изделия, в частности для имитации нагрева внешней поверхности отсека летательного аппарата (ЛА).

Изобретение относится к области испытаний твердых тел и может быть использовано для идентификации невидимой ткани. Новым является то, что испытания проводятся в четыре этапа.

Изобретение относится к технике наземных испытаний головных частей (обтекателей) летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам контроля радиотехнических характеристик (РТХ) радиопрозрачного обтекателя (РПО) в условиях, имитирующих аэродинамический нагрев.

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования влияния эффекта морозного пучения грунта на заземляющий электрод. Предложенная установка для исследования влияния эффекта морозного пучения грунта на заземляющий электрод содержит полый корпус.

Изобретение относится к способам тепловых испытаний элементов летательных аппаратов, в частности керамических обтекателей ракет. Заявлен способ тепловых испытаний натурных керамических элементов летательных аппаратов, который включает нанесение на нагреваемую поверхность высокотемпературного покрытия с высокой степенью черноты, радиационный нагрев и измерение температуры.

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Изобретение относится к области машиностроения, авиационной и ракетно-космической отраслям промышленности и может быть использовано на этапе наземной лабораторно-стендовой отработки конструкций летательных аппаратов (ЛА) и их элементов (головных обтекателей, радиопрозрачных вставок, окон и т.д.) для воспроизведения тепловых и комплексных воздействий, имитирующих эксплуатационные нагрузки.

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе результатов теплового контроля при нагружении изделий механическими колебаниями.

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Способ включает нагрев воздушного потока до заданной температуры, подачу его во внутреннюю полость объекта испытаний (ОИ) с заданным уровнем избыточного давления, разогрев ОИ до заданной температуры, воздействие вибрационных нагрузок на ОИ, обеспечение в процессе вибрационных нагрузок постоянной заданной температуры на наружной поверхности ОИ и заданной температуры на наружных поверхностях установки для испытаний.

Изобретение относится к области испытаний твердых тел и может быть использовано для идентификации невидимой ткани. Новым является то, что испытания проводятся в четыре этапа.

Изобретение относится к области детектирования и классифицирования событий сцены. Технический результат – обеспечение надежного распознавания событий сцены.

Изобретение относится к способам автофокусировки оптико-электронных приборов с высоким качеством изображения в широком интервале рабочих температур. Способ автофокусировки тепловизионного канала оптико-электронной системы поиска и сопровождения цели, при котором определяют функциональную зависимость величины перемещения фокусирующей линзы от текущей рабочей температуры, далее по сигналу с датчика температуры перемещают фокусирующую линзу объектива оптико-электронной системы в положение, соответствующее данной текущей рабочей температуре, при этом датчик температуры размещают внутри корпуса объектива, определяют функциональную зависимость величины перемещения фокусирующей линзы от текущей рабочей температуры объектива экспериментально, на одном или нескольких образцах для начала и окончания работы тепловизионного канала с учетом глубины резкости и степени нагрева объектива, далее проводят аппроксимацию полученных функций, из которых определяют результирующую функцию, соответствующую наилучшему качеству изображения во всем диапазоне рабочих температур и записывают ее в память блока управления, во время эксплуатации тепловизионного канала оптико-электронной системы поиска и сопровождения цели по сигналу с датчика температуры объектива электропривод в соответствии с результирующей функцией под действием управляющего сигнала с блока управления перемещает фокусирующую линзу в положение, соответствующее данной текущей рабочей температуре.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения температуры активной области светодиода. Способ заключается в том, что через светодиод пропускают греющий ток заданной величины, излучение светодиода подается на два фотоприемника и температуру активной области светодиода определяют по изменению центральной длины волны излучения.

Группа изобретений относится к области неразрушающего контроля и может быть использована для идентификации близких к поверхности дефектов в контролируемом объекте.

Группа изобретений относится к области неразрушающего контроля и может быть использована для идентификации близких к поверхности дефектов в контролируемом объекте.

Изобретение относится к вычислительной технике для измерения параметров и характеристик космических аппаратов. Технический результат заключается в оптимизации потоков телеметрической информации.
Изобретение относится к способам формирования температурной карты местности путем регистрации электромагнитного излучения, испущенного находящимися на местности объектами.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий методом теплового контроля и может быть использовано для повышения надежности диагностики при ручном и автоматизированном активном тепловом контроле изделий из полимерных композиционных материалов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий методом теплового контроля и может быть использовано для повышения надежности диагностики при ручном и автоматизированном активном тепловом контроле изделий из полимерных композиционных материалов.

Изобретение относится к области испытаний твердых тел и может быть использовано для идентификации невидимой ткани. Новым является то, что испытания проводятся в четыре этапа.
Наверх