Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах и их автоматической фиксации

Изобретение относится к области дефектоскопии. Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах и их автоматической фиксации, включающее индуктор вихревых токов и визуализирующее устройство, содержащее магнитооптический (МО) элемент, выполненный из эпитаксиальной пленки феррита-граната и зеркально-защитным покрытием, CCD-камеру, оптическая ось которой направлена на магнитооптический элемент через анализатор, при этом содержит импульсный источник белого света, оптическая ось которого совпадает с осью поляризатора, соединенный через последовательно соединенные блок питания, коммутатор, генератор импульсов с усилителем и индуктором вихревых токов, и линзовую систему, оптическая ось которой совпадает с осью анализатора и CCD камеры, устройство автоматической фиксации дефектов, соединенное через источник питания с коммутатором, регистрирующим устройством, источником импульсного белого света, CCD-камерой, устройством хранения данных, LCD дисплеем и разъемом для подключения персонального компьютера. Технический результат – автоматизация процесса сканирования исследуемого объекта, увеличение скорости проведения сканирования с последующей обработкой оператором только отмеченных проблемных мест. 2 ил.

 

Изобретение относится к области дефектоскопии физики, и в частности к формированию и обработке оптического изображения дефектов в металлических изделиях и может быть использовано для автоматического неразрушающего контроля в промышленном производстве при серийном изготовлении и эксплуатации изделий на предприятиях автомобильной, авиационной, кораблестроительной и станкостроительной отраслей, при производстве и эксплуатации сельскохозяйственных инструментов и агрегатов и т.д., а также при проведении комплексных исследований неразрушающим контролем.

Известен магнитооптический элемент и считывающее устройство (Патент RU 2692047 С1 МПК G06K 19/02, G02F 1/09, G11B 11/105 (2006.01), опубл. 19.06.2019 Бюл. №17), для считывания информации с магнитного носителя информации, имеющее в своем составе магнитооптический элемент, состоящий из гранатовой подложки и преобразовательной пленки с составом BixPbyPtzFe5-uMeuO12, где Me - металл Аl или Ga; x=0,6 - 1,5; у=0,007 - 0,028; z=0,01 - 0,038; u=0,8 - 1,3, отличающееся тем, что содержит источник магнитного поля, выполненный с возможностью наведения магнитного поля в области размещения считываемого магнитного носителя информации.

Недостатками указанного технического решения является невозможность исследования немагнитных материалов, что значительно ограничивает разнообразие исследуемых объектов, а также необходимость в субъективной обработке информации оператором контроля, что увеличивает время исследования и может увеличить количество ошибок.

Известен способ магнитооптической дефектоскопии стенок трубопроводов (RU 2156991 С1 МПК G02F 1/09, F17D 5/06(2006.01) опубл. 2000.09.27), заключающийся в возбуждении магнитного потока в исследуемом образце, воздействии полями рассеяния дефектов на пленку магнитооптического материала, освещении поляризованным светом пленки магнитооптического материала, пропускании отраженного от магнитооптического материала светового пучка через анализатор, формировании изображения дефектов, введении изображения в память компьютера для последующей обработки, отличающийся тем, что анализатор ориентирован под углом π/2 к плоскости поляризации падающего на магнитооптический материал света, производится измерение суммарной величины прошедшего через анализатор светового потока, производится регистрация только тех визуализированных участков трубопровода, суммарный фотосигнал от которых превышает пороговое значение.

Недостатками данного решения являются ограниченность исследования только магнитных материалов и невозможность использования магнитооптических элементов с магнитной кристаллографической анизотропией отличной от анизотропии «легкая ось», поскольку для магнитооптических элементов с иным типом анизотропии («легкая плоскость» или «угловая фаза») необходимо изменять соотношение углов поляризатора и анализатора для достижения большей контрастности.

Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах (Патент RU 150342 U1 МПК G01N 27/90 (2006.01), опубл. 10.02.2015 Бюл. №4) выбрано в качестве прототипа. Оно включает индуктор вихревых токов и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что дополнительно содержит магнитооптический элемент, выполненный из высококоэрцитивной эпитаксиальной пленки феррита-граната с низкой температурой магнитного упорядочения и проводящим зеркально-защитным покрытием, источник непрерывного белого света, телекамеру, оптические оси которых направлены на магнитооптический элемент через анализатор и поляризатор, импульсный источник синего света, соединенный через первый блок питания с коммутатором, соединенным через второй блок питания с источником непрерывного света, через третий блок питания с зеркально-защитным покрытием магнитооптического элемента, через генератор импульсов с усилителем и с индуктором вихревых токов.

Общими с данным устройством признаками являются наличие индуктора вихревых токов и регистрирующее устройство, содержащее магнитооптический элемент, выполненный из эпитаксиальной пленки феррита-граната с большой магнитооптической активностью и зеркально-защитным покрытием, телекамеры, оптические оси которых направлены на магнитооптический элемент через анализатор и поляризатор, импульсного источника света.

Недостатком данного технического решения является невозможность автоматической фиксации дефектов, что усложняет процесс сканирования исследуемого объекта.

Технической задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего автоматизацию процесса сканирования исследуемого объекта, увеличение скорости проведения сканирования, с последующей обработкой оператором только отмеченных проблемных мест.

Поставленная задача решается тем, что устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах и их автоматической фиксации, включающее индуктор вихревых токов и регистрирующее устройство, содержащее магнитооптический (МО) элемент, выполненный из эпитаксиальной пленки феррита-граната с зеркально-защитным покрытием, CCD-камеру, оптическая ось которой направлена на магнитооптический элемент через анализатор, дополнительно содержит импульсный источник белого света, оптическая ось которого совпадает с осью поляризатора, соединенный через последовательно соединенные блок питания, коммутатор, генератор импульсов с усилителем и индуктором вихревых токов и линзовую систему, оптическая ось которой совпадает с анализатором и CCD камерой, устройство автоматической фиксации дефектов, соединенное через источник питания с коммутатором, источником импульсного белого света и CCD-камерой, и соединенное с устройством регистрации дефектов и LCD дисплеем.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и обеспечиваемым изобретением техническим результатом, состоит в следующем: использование принципа вычитания изображений обеспечивает фиксацию дефектов не оператором, как в прототипе, а с помощью электронного блока с микроконтроллером для автоматической фиксации дефектов, за счет чего обеспечивается полная автоматизация процесса сканирования. Последнее увеличивает скорость проведения сканирования благодаря тому, что оператору не нужно отвлекаться на постоянный мониторинг изображения на экране. При помощи автоматической обработки результатов значительно уменьшается количество ошибок, появляющиеся вследствие человеческого фактора, который практически полностью исключается в результате автоматизации. Благодаря автоматической фиксации результатов только в местах, в которых обнаружены несплошности, а не полной записи всего пути сканирования, облегчается хранение результатов, занимающих значительно меньше места на цифровом носителе.

На фиг. 1 представлена блок схема предлагаемого технического решения.

На фиг. 2 представлены примеры попиксельного вычитания двух изображений для автоматической фиксации дефектов.

Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах и их автоматической фиксации (фиг. 1) включает индуктор вихревых токов 1, магнитооптический элемент 2, телекамеру 3, анализатор 4, поляризатор 5, импульсный источник света 6, блок питания 7, коммутатор 8, генератор импульсов 9, усилитель 10, устройство автоматической фиксации дефектов 11, разъем для подключения персонального компьютера 12, объект исследования 13, линзовая система 14, регистрирующее устройство 15, LCD дисплей 16, устройство хранения данных 17 и корпус 18 на котором расположен разъем для подключения питания 19.

Визуализирующее устройство содержит магнитооптический (МО) элемент 2, выполненный из эпитаксиальной пленки феррита-граната с зеркально-защитным покрытием, CCD-камеру 3, оптическая ось которой направлена на магнитооптический элемент через анализатор 4, импульсный источник белого света 6, оптическая ось которого совпадает с осью поляризатора 5, соединенный через последовательно соединенные блок питания 7, коммутатор 8, генератор импульсов 9 с усилителем 10 и индуктором вихревых токов 1, и линзовую систему 14, оптическая ось которой совпадает с осями анализатора 4 и CCD камеры 3. Дополнительно содержит электронный блок с микроконтроллером для автоматической фиксации дефектов 11, соединенное с регистрирующим устройством 15, LCD дисплеем 16 на котором может отображаться изображение получаемое с визуализирующего устройства, устройством хранения данных 17, CCD-камерой 3, и через блок питания 7 с коммутатором 8. Все элементы устройства жестко закреплены внутри корпуса 18, на интерфейсе которого расположены LCD дисплей 16, регистрирующее устройство 15, а на боковой грани разъем для подачи питания 220 V 19 на блок питания 7 и разъем для подключения персонального компьютера 12.

Устройство работает следующим образом:

Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах и их автоматической фиксации включает размещение магнитооптического элемента 2 на объекте исследования 13, возбуждение в последнем вихревых токов с помощью индуктора переменного поля 1 и визуализацию вихревых магнитных полей с помощью устройства визуализации, в котором предусмотрено фиксирование результата распределения вихревых магнитных полей в различные моменты их возбуждения, реализованное посредством стробоскопирования света 6, подающегося через поляризатор 5 на магнитооптический элемент 2 и синхронизированного с подачей тока в индуктор 1 через последовательно соединенные блок автоматической фиксации дефектов 11, коммутатор 8, генератор импульсов 9 и усилитель 10.

Фиксация необходимых для обработки устройством изображений может быть реализована тремя способами:

1. Осуществляется последовательная засветка магнитооптического элемента в двух различных фазах возбуждения тока индуктора. В первой фазе, в которой влияние вихревых токов настолько мало, что камерой фиксируется фон, который наводится полем индуктора и другими возможными магнитными полями (поле подмагничивания, поле самого материала и др.) (далее - первое изображение) и во второй фазе, где воздействие магнитных полей вихревых токов на магнитооптический элемент максимально, что позволяет зафиксировать изображение дефекта на общем фоне, описанном ранее (далее - второе изображение).

2. Получение магнитооптического изображения в одинаковых условиях с бездефектного участка исследуемого объекта, где регистрируется фон, создающийся магнитными полями вихревых токов и тока возбуждения (далее - первое изображение); и с дефектного участка, где на этом фоне проявляется изображение дефекта (далее - второе изображение).

3. Получение изображения при очень малом поле возбуждения в индукторе, при котором влияние вихревых токов настолько мало, что камерой фиксируется фон, который наводится полем индуктора и другими возможными магнитными полями (поле подмагничивания, поле самого материала и др.) (далее - первое изображение) и при большем поле возбуждения, где воздействие магнитных полей вихревых токов на магнитооптический элемент максимально, что позволяет зафиксировать изображение дефекта на общем фоне, описанном ранее (далее - второе изображение).

Обработка в устройстве 11 включает в себя попиксельное вычитание второго изображения из первого (или первого из второго), благодаря чему удаляется фоновое изображение, после чего на темном фоне (или белом, в зависимости от настройки) в инверсном цвете и с максимальным контрастом отображается сигнал дефекта. Таким образом, при сканировании бездефектного участка объекта исследования 13 будет отображаться лишь темная картина, а при попадании сканера на дефектный участок возникает инверсное (белое) изображение дефекта, появление которого автоматически фиксируется с дополнительной подачей сигнала на регистрирующее устройство 15. На устройстве хранения данных 17 сохраняются результаты фиксации дефектов.

При необходимости в разъем 12, подключается персональный компьютер для передачи и анализа информации или изменения/обновления программного обеспечения на устройстве.

Примеры реализации метода автоматической фиксации дефектов, используемого в описанном устройстве, полученные на макете магнитооптического вихретокового дефектоскопа, представлены на фиг. 2: в - попиксельное вычитание двух изображений, фонового (а), и изображения с дефектом (б), полученных при различных фазах поля возбуждения, а - при слабом поле возбуждения, где виден только фон, б - при большем поле возбуждения с проявлением дефекта, на магнитооптическом элементе - монокристаллической висмутсодержащей пленке феррита граната, выращенной методом жидкофазной эпитаксии на подложке из гадолиний-галлиевого граната, обладающей магнитной кристаллографической анизотропией типа «легкая плоскость».

Примеры используемых составляющих для создания прототипа устройства:

Индуктор вихревых токов 1 - катушка на 41 виток с индуктивностью 93 мН; индукция генерируемого магнитного поля 4,4 мТл, сопротивление 100 мОм; или индуктор планарного поля имеющего следующие параметры: длина магнитопровода 70 мм, ширина 10 мм, толщина 11 мм, длина наконечников 19,6 мм, угол наконечников с плоскостью поверхности исследуемого образца 15°, сопротивление 570 мОм; индукция генерируемого магнитного поля в центре 4 мТл.

Магнитооптический элемент 2 - висмут содержащая пленка феррита-граната, выращенная методом жидкофазной эпитаксии на немагнитной монокристаллической гадолиний-галиевой подложке, например, с параметрами: 1. С кристаллографической анизотропией типа «легкая ось», состав (BiSmLu)3(FeGa)5O12, толщина 5 мкм, поле насыщения 25 Э, период доменной структуры 22 мкм, коэрцитивная сила 1,4 Э, поле анизотропии 1620 Э, намагниченность насыщения 52 Гс, удельное фарадеевское вращение 0,62 град/мкм, фактор качетсва 31,4. 2. С кристаллографической анизотропией типа «легкая плоскость», составом (BiPrLuTmGd)3(FeAlGa)5O12, толщина 12 мкм, поле насыщения 235 Э, коэрцитивная сила 217 Э, удельное фарадеевское вращение 0,73 град/мкм.

Телекамера 3 - Olympus Microscope Digital Camera XM10-IR.

Анализатор 4 и поляризатор 5 - линейный пленочный дихроичный поляризатор Photonics cloud GCL-05.

Импульсный источник света 6 - светодиодная матрица HPR40E-48K100BG (100W, Blue), работающая на длине волны 468-470 нм.

Блок питания 7 - источник питания с выходными параметрами 30 В и 3 А.

Коммутатор 8 - изготовлен на базе программируемого микроконтроллера.

Генератор импульсов 9 - программируемый микроконтроллер, прошивкой которого задается форма и частота импульсов в индукторе, момент и длительность серии импульсов.

Усилитель 10 - собран на двух полевых транзисторах, функционирующих в ключевом режиме.

Линзовая система 14 - состоит из нескольких прозрачных в оптическом диапазоне линз обеспечивающих увеличение изображения до 5 крат.

Устройство автоматической фиксации 11 - устройство, изготовленное на базе программируемого микроконтроллера.

В качестве регистрирующего элемента 15, выступает светодиод, который при подаче сигнала от устройства автоматической фиксации 11 информирует оператора о наличии дефекта.

LCD дисплей 16 - Цветной графический LCD дисплей с диагональю 7 дюймов и разрешением 1024×600рх, с емкостной сенсорной панелью, RGB/LVDS, 7inch Capacitive Touch LCD (D).

Устройство хранения данных 17 - 120-гигабайтный SSD-накопитель Kingston UV500.

Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах и их автоматической фиксации, включающее индуктор вихревых токов и визуализирующее устройство, содержащее магнитооптический (МО) элемент, выполненный из эпитаксиальной пленки феррита-граната и зеркально-защитным покрытием, CCD-камеру, оптическая ось которой направлена на магнитооптический элемент через анализатор, отличающееся тем, что содержит импульсный источник белого света, оптическая ось которого совпадает с осью поляризатора, соединенный через последовательно соединенные блок питания, коммутатор, генератор импульсов с усилителем и индуктором вихревых токов, и линзовую систему, оптическая ось которой совпадает с осью анализатора и CCD камеры, устройство автоматической фиксации дефектов, соединенное через источник питания с коммутатором, регистрирующим устройством, источником импульсного белого света, CCD-камерой, устройством хранения данных, LCD дисплеем и разъемом для подключения персонального компьютера.



 

Похожие патенты:

Использование: для неразрушающего магнитного контроля извлекаемых элементов колонны насосно-компрессорных труб. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют контроль извлекаемых элементов колонны насосно-компрессорных труб, включающий контроль насосно-компрессорных труб методом измерения рассеяния магнитного потока при помощи устройства, содержащего источник постоянного магнитного поля, узел контроля толщины элемента на основе датчиков Холла и узел контроля дефектов, причем в процессе контроля элементы колонны пропускают через устройство и проводят регистрацию сигналов датчиков, при этом в используемом устройстве узлы контроля дефектов выполнены на основе датчиков Холла, при этом внутренний диаметр корпуса с датчиками Холла обеспечивает воздушный зазор, достаточный для прохождения муфты трубы, а используемое устройство содержит цилиндрическую немагнитную оболочку с коническими входом и выходом, размещенную по оси корпуса датчиков, прикрепленную к корпусу устройства с помощью разъемного соединения, с возможностью ее отсоединения, центрирующую на оси устройства колонну насосных штанг, поднимаемую из скважины, перед началом контроля производят калибровку устройства по контрольному образцу с искусственными дефектами для контроля штанг, после чего колонну насосных штанг с помощью наскважинного оборудования поднимают из скважины, производят регистрацию сигналов узлов контроля дефектов и контроля толщины, браковку испытуемых штанг производят путем сравнения амплитуд сигналов контролируемых штанг с пороговыми значениями амплитуд сигналов, полученных при калибровке, по окончании подъема колонны штанг отсоединяют немагнитную оболочку, удаляя ее с оси устройства, после чего производят калибровку устройства по контрольному образцу с искусственными дефектами для контроля труб, колонну труб с помощью наскважинного оборудования поднимают из скважины, во время их подъема производят регистрацию сигналов узлов контроля дефектов и контроля толщины, а браковку испытуемых труб производят путем сравнения амплитуд сигналов контролируемых труб с пороговыми значениями амплитуд сигналов, полученных при калибровке устройства для работы с трубами.

Изобретение относится к измерительной технике неразрушающего контроля малоразмерных труб. Портативный электромагнитный сканер-дефектоскоп для неразрушающего контроля бурильных, насосно-компрессорных и обсадных труб и наружных трубопроводов состоит из двух П-образных электромагнитов, соединенных шарнирами, система устанавливается в любом месте на поверхность трубы, полюса электромагнитов охватывают весь периметр трубы.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к магнитной дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что система поперечного намагничивания для внутритрубного дефектоскопа содержит магнитные щетки, при этом незакрепленные концы щетин магнитных щеток формируют поверхность, радиус изгиба которой равен радиусу внутренней поверхности трубопровода, а каждая из щеточных пластин, на которых закреплен один из концов щетин магнитных щеток, выполнена изогнутой, причем отношение радиуса внутренней поверхности трубопровода к радиусу наружной поверхности основания щеточной пластины выбрано из диапазона 1,15-1,7.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к дефектоскопии штанг при помощи магнитных исследований во время спускоподъемных операций. Техническим результатом является создание конструкции устройства для магнитной дефектоскопии насосных штанг при их спуске или подъеме из скважины, позволяющего сопоставлять дефекты с каждой конкретной штанги (индивидуализировать).

Использование: для контроля трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что через трубопровод пропускают ток с широкополосным равномерным спектром в диапазоне 200 Гц-1 кГц и перемещают в продольном внутри трубопровода датчики амплитуды магнитного поля, фиксируют в каждый текущий период измерений продольные и угловые координаты датчиков, анализируют спектры их выходных сигналов и определяют частоту максимальной по амплитуде гармоники, по которой судят о минимальной толщине стенки трубопровода в месте, соответствующем текущим продольным и угловым координатам датчика с максимальной по амплитуде гармоникой выходного сигнала.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью магнитных средств и может быть использовано при высокоскоростной дефектоскопии железнодорожных рельсов для обнаружения и оценки состояния сварных стыков рельсов. Сущность на рельсе устанавливают и используют несколько датчиков магнитного поля, расположенных по линии поперек продольной оси рельса и обеспечивающих требуемое разрешение по ширине головки рельса.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики трубопроводов методами неразрушающего контроля. Способ контроля неравномерности толщины стенок трубопроводов дополнительно содержит этапы, на которых определяют амплитуды ортогональных составляющих полей вихревых токов датчиками переменного магнитного поля в направлении оси металлического трубопровода и в направлении, ортогональном оси металлического трубопровода и радиусу, причем, измерительный узел выполнен с возможностью вращения, а диагностический робот перемещают пошагово, при этом вращение измерительного узла осуществляют на 180° градусов на каждом шаге поочередно по часовой стрелке и против часовой стрелки, длину каждого шага устанавливают равной ширине захвата датчиками переменного магнитного поля, расположенными диаметрально-противоположно на измерительном узле, и по превышению заданного порога отношения амплитуд ортогональных составляющих полей вихревых токов регистрируется наличие утонения в стенке металлического трубопровода.

Группа изобретений относится к области техники неразрушающего контроля состояния трубопроводов. Способ для метода магнитного контроля дополнительно содержит этапы, на которых передвижение диагностического робота осуществляется шагами, где длина каждого шага равна ширине захвата датчика переменного магнитного поля, при этом во время вращения узла ротации происходит фиксация амплитуды переменного магнитного поля по меньшей мере для двух различных частот в каждой точке контролируемой поверхности с обеспечением возможности оценки глубины дефекта и определения его положения за счет привязки амплитуд сигналов к продольной и угловой координатам.

Изобретение относится к устройствам исследования или анализа ферромагнитных материалов для обнаружения локальных дефектов с помощью магнитных средств. Устройство магнитной дефектоскопии ободьев колесной пары содержит электромагнит с сердечником, возбуждающий магнитный поток на исследуемых участках ободьев, и средства обнаружении на них аномалий магнитного поля, отличающийся тем, что колесную пару устанавливают на два валка, форма которых обеспечивает максимальное пятно контакта с ободьями колесной пары, в качестве сердечника электромагнита используют оси валков, в качестве средства обнаружении аномалий магнитного поля используют датчики магнитного поля, которые неподвижно размещают между пятнами контакта колесной пары и валков, смещают исследуемые участки ободьев колесной пары путем совместного вращения колесной пары и валков.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля при реализации магнитных и ультразвуковых бесконтактных методов дефектоскопии для обнаружения дефектов и определения геометрических размеров изделий на значительных скоростях сканирования. Сущность: магнитная система сканера-дефектоскопа выполнена в виде электромагнита с сердечником и намотанной на нем катушкой.

Изобретение относится к электродуговой сварке неповоротных кольцевых швов трубопроводов. Осуществляют поступательное перемещение и поперечные колебания сварочной горелки с электродом с задержкой ее на кромках и коррекцию базовых значений напряжения и тока сварки в соответствующей точке разделки в зависимости от изменения геометрии стыка. Одновременно с выполнением задержки на базовые сварочные ток и напряжение выполняют наложение дополнительных импульсов напряжения и тока, величина которых на 10-12% превышает установленные базовые значения. Посредством интеллектуального блока анализируют данные и прогнозируют возникновение характерных дефектов сварных швов, посылают управляющий сигнал на устройство маркировки дефектов, которое включает соответствующий дефекту пневмомаркер. Посредством пневмомаркера наносят краской маркировку на соответствующую трассу параллельно положению сварочной горелки. Виды дефектов маркируют краской разного цвета по разным трассам перемещения соответствующих маркеров. После сварки обозначенные маркерами участки сварного шва с вероятными дефектами подвергают неразрушающему контролю с целью установления фактического присутствия обозначенных дефектов, либо принудительно вскрывают и ремонтируют сваркой. Техническим результатом изобретения является повышение скорости изготовления трубопроводов и качества сварных швов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх