Об авторах

Коллектив сотрудников АО «Интроскоп», г. Кишинев

 

 

Ткаченко Андрей Акимович 

Директор НИИНК, президент НОНКТД Республики Молдова, специалист в области создания автоматизированных средств УЗК, III уровень по акустическо­му виду НК

 

 

 

Гаврев Валерий Сергеевич 

Зав. отделом НИИНК, специа­лист по разработке приборов и установок УЗК

 

Ралдугин Андрей Николаевич 

С. н. c. НИИНК, специалист в области разработки аппаратур­ных средств НК и ТД

 

 

Панфил Трофим Иванович 

Генеральный директор, специ­алист в области менеджмента и организации производства средств НК

 

Шарапановский Дмитрий Викторович 

Инженер-программист НИИНК

 

Ручной УЗК весьма широко применя­ется в техногенной практике человека, как при выпуске изделий в различных отраслях производства, например, в ме­таллургии, машиностроении, судострое­нии, так и при обследовании работающих конструкций. На многих производствах для проверочного контроля тех мест изделия, которые отмечены как дефект­ные при автоматизированном контроле, а также после ремонта этих изделий, для ультразвуковой дефектоскопии пре­имущественно используются приборы ручного контроля.

Особое значение имеет ручной или механизированный УЗК на действующем оборудовании, остановка и ремонт кото­рого обходится значительно дешевле, чем его восстановление после аварий­ного разрушения. Поэтому очень важно знать, сколько еще может прослужить данный агрегат, узел или сооружение. В таких случаях на помощь приходит пер­вичный базовый контроль с фиксацией результатов контроля. Последующие периодические контрольные проверки и сравнение результатов контроля с дан­ными, зафиксированными при базовом контроле, позволяют более достоверно определить время проведения очередно­го ремонта и предотвратить аварийные ситуации.

При ручном контроле наибольшей популярностью пользуются ручные де­фектоскопы общего назначения. Рынок насыщен предложениями. Несмотря на большой выбор, найти подходящий при­бор непросто. Разработки современных приборов выполняются с использовани­ем возможностей передовых технологий и электронных компонентов, поставляе­мых мировыми лидерами рынка радио­элементов. Это позволяет многим до­стичь достаточно высоких технических показателей, но при этом на первый план выходят потребительские возмож­ности, заложенные разработчиками в свои новые творения.

В 2003 г. в АО «Интроскоп» прошел испытания и получил сертификат соот­ветствия типа ультразвуковой дефекто­скоп нового поколения УД3-21(1.1), вы­полненный на базе PC Notebook. Цель данной публикации - дать более полное описание возможностей дефектоскопа с иллюстрацией выполня­емых действий и помочь потенциальным потребителям разобраться в его особен­ностях и назначении.

Дефектоскоп может быть использо­ван для контроля в машиностроении, металлургической промышленности, а также при монтаже и эксплуатации ме­таллоконструкций, трубопроводов, транс­портных средств и других объектов, где требуется ответственный контроль. Его целесообразнее всего использовать для проведения экспертного контроля особо ответственных узлов и деталей. Он может питаться как от сети переменного тока 220 В, так и от аккумуляторных батарей. Время работы в автономном режиме от внутренних источников питания до 2 ч. По функциональному назначению по ГОСТ 23049 дефектоскоп относится к группе 3, по конструктивному ис­полнению - к переносным, по степени участия оператора в процессе контроля - к ручным дефектоскопам. По устойчивости к воздействию внешней среды (климатических факторов) дефектоскоп соответствует исполнению 1.1, но при этом диапазон рабочих температур ограничен моделью примененного PC Notebook и обычно составляет от + 5 до + 35°С.

 

Рис. 1. Дефектоскоп УД3-21, панель управления

 

Рис. 2. Вид экрана дефектоскопа в режиме «Радио»

Степень защиты от проникновения внутрь дефектоскопа твердых тел (пыли) и воды IP20 по ГОСТ 14254. По устой­чивости к воздействию атмосферного давления дефектоскоп относится к группе PI по ГОСТ 12997. По устойчи­вости к механическим воздействиям по ГОСТ 12997 дефектоскоп соответствует виброустойчивому исполнению и соот­ветствует группе L1.

Отличительной особенностью явля­ется возможность предварительной настройки дефектоскопа на различные программы контроля, запоминания на­строек, кривых временной регулировки чувствительности (ВРЧ), разверток типа А, В, а также формирование документа о результатах контроля, оформление па­спорта контроля изделия.

Рабочее положение дефектоско­па - горизонтальное. Конструктивно он встроен в чемодан типа «дипломат», удоб­ный для переноски к месту контроля.

Использование современных техноло­гий позволило решить ряд специальных задач в обработке информации, ее хра­нении, получить высокую чувствитель­ность, большее отношение сигнал/шум, высокую разрешающую способность, высокую интеллектуальность в обработ­ке первичной информации.

В состав дефектоскопа входит:

•  электронный блок, выполняющий функции генератора ультразвуковых колебаний, приемника и аналогового цифрового преобразователя;
•  PC Notebook в качестве устройства математической и графической об­работки принятых сигналов, задания параметров контроля, обработки и запоминания результатов контроля и других специфических функций (фор­мирование ВРЧ, построение кривых АРД, работа в режиме развертки ти­па В , запоминание настроек, кривых ВРЧ, разверток и результатов контро­ля, формирование паспорта контроля и др.);
•  комплект пьезоэлектрических преоб­разователей (ПЭП).

Взаимодействие оператора с прибо­ром осуществляется через пользователь­ский интерфейс компьютера прибора. Он реализован на основе меню с исполь­зованием программного обеспечения WINDOWS.

При включении дефектоскопа на дис­плее PC Notebook открывается панель управления дефектоскопа (рис. 1). На большом экране, яркость которого не зависит от частоты запуска импульсов зондирования, с большой четкостью изображаются сигналы от дефектов на А-развертке. С правой стороны нахо­дятся кнопки включения двух зон кон­троля и одной зоны диагностики. Зоны контроля реагируют на сигналы, пре­вышающие пороговый уровень, а зона диагностики - на сигналы, не достигшие порогового уровня. Если установить эту зону в конце зондирующего импульса или в зоне шумов, то можно следить за качеством акустического контакта, исправностью ПЭП и соединительного кабеля «дефектоскоп - ПЭП».

В закладках меню (теперь уже при­вычная терминология для дефекто- скопистов, обусловленная широким применением вычислительной техники) можно выбрать те узлы дефектоскопа, в которых нужно изменить настроечные параметры. Так, например, в пункте меню «Приемник» можно изменить уси­ление дефектоскопа, отсечку шумов, фильтрацию и вид сигнала: «Видео» или «Радио». На рис. 2 изображена А-раз- вертка в режиме «Радио».

В закладке «Генератор», показанной на рис. 3, можно устанавливать ампли­туду зондирующего импульса, выбрать рабочую частоту, перейти в режим кон­троля «Эхо-Эхо».

При включении закладки «Развертка» (рис. 4) открывается доступ к таким ор­ганам управления и настроек, как уста­новка типа и длительности развертки, скорости ультразвука в контролируемом изделии: для данного материала можно выбрать фиксированную скорость колебаний и установить необходимый вид волны - продольную или поперечную, задать диапазон развертки. На этой же закладке меню можно включить режим «Визир», которым очень удобно пользо­ваться для измерения временных интер­валов и амплитуды сигналов на экране дефектоскопа (рис. 5). Измерение вре­менных интервалов можно производить на замороженной развертке, то есть в режиме «Стоп-кадра», что позволяет провести точные измерения, при этом руки дефектоскописта не заняты ска­нированием контролируемого изделия. Развертки, видимые на экране, можно запомнить.

 

  

Рис. 3. Вид закладки «Генератор»  

 

 Рис. 4. Вид закладки «Развертка»

  

Рис. 5. Использование визира для определения амплитуды и координаты отраженного сигнала в режиме радиосигнала

 

Рис. 6. В-скан эталонного образца № 1

В меню «Развертка» можно выбрать один из двух типов разверток - А или

В. Получение развертки типа В во мно­гих случаях позволяет проанализировать дефектную ситуацию и принять более обоснованное решение о дефектнос­ти изделия. Для построения развертки типа В необходимо использовать до­полнительно сканер, но можно получать ее искусственным путем, используя в качестве сканера внутренний таймер, что и используется в дефектоскопе.

 

Рис. 7. Вид монитора, закладка «ВРЧ»

 

Рис. 8. Вид монитора в режиме наложения двух Л-разверток

При определенных навыках этот способ дает неплохие результаты. Оператор устанавливает скорость прохождения развертки и пропорционально ей про­водит сканирование контролируемого участка изделия. В результате на экра­не компьютера получается В-развертка: по горизонтали - время сканирования, а по вертикали - глубина залегания дефекта. В зависимости от амплитуды принятого сигнала меняется цвет отоб­ражаемого сигнала. На рис. 6 показана развертка В-скана эталонного образца № 1, входящего в комплект поставки де­фектоскопа УД2-12 и имеющегося у мно­гих потребителей. На развертке наглядно отображены все отражатели в эталоне, их пространственное положение, по цвету можно определить амплитуды от­раженных сигналов.

Подробнее рассмотрим способ по­строения кривой ВРЧ. На рис. 7 показан экран при включении закладки «ВРЧ». Построение может производиться двумя способами:

-   в режиме вычерчивания, когда курсо­ром выбирается точка перегиба линии ВРЧ на экране, нажимается левая кнопка мыши и «захваченная» точка перегиба передвигается по экрану; со следующей точкой перегиба процесс повторяется (нужно помнить только, что последующую точку по развертке нельзя ставить раньше предыдущей, программно это заблокировано);

-   в режиме записи координаты и амп­литуды точек перегиба в открывшихся внизу клетках меню. Таких точек мо­жет быть до двадцати. Этого вполне достаточно для построения кривой ВРЧ с необходимой точностью.

На рис. 7 как пример показано вы­равнивание донных сигналов от плоско­параллельного металлического образца толщиной 30 мм. Такое выравнивание удобно произвести при включении ре­жима «Коррекция». При этом на экране появляются точки перегиба, которые можно двигать курсором, подбирая нуж­ное усиление и наблюдая за изменени­ем амплитуды отображаемых сигналов. Стандартные кнопки меню позволяют запомнить сформированную кривую ВРЧ, присвоив ей номер, и в последую­щем пользоваться ею.

Режим наложения двух разверток (рис. 8), одна из которых может быть ба­зовой, а вторая - текущей, полученной при контроле, является оригинальной возможностью дефектоскопа. Эта воз­можность позволяет перед выходом на контроль настроить дефектоскоп, а затем периодически проверять со­хранность произведенных настроек. Для выполнения проверок необходимо изготовить небольшой тест-образец из оргстекла или другого легкого материа­ла таким образом, чтобы в нем можно было получить серию донных отражений (для прямого и раздельно-совмещенного преобразователей - это плоскопарал­лельный тест-образец, для наклонного ПЭП - тест-образец с наклонной отра­жающей поверхностью).

После настройки дефектоскопа в ла­бораторных условиях по стандартному образцу предприятия преобразователь устанавливают на соответствующий тест-образец и, не меняя настройки де­фектоскопа, по экрану наблюдают серию донных отражений и записывают их в па­мять дефектоскопа, присвоив развертке свой номер. На месте контроля по тест- образцу всегда можно произвести про­верку настройки дефектоскопа и даже, в случае необходимости, произвести его подстройку. Это избавляет пользователя от необходимости брать с собой на место контроля тяжелые стандартные образцы предприятия, будучи уверенным в том, что настройка дефектоскопа, выполненная в лабораторных условиях, сохранилась.

Для точного измерения толщины из­делия можно использовать режим «Эхо- Эхо». Для этого первая зона устанавли­вается на первое донное отражение, а вторая - на второе (рис. 9). При таком измерении толщины отпадает необходимость учитывать задержки прохождения ультразвука в переходном слое, призме, защитном донышке ПЭП.

 

 

Рис. 9. Работа дефектоскопа в режиме «Эхо-Эхо»

Для оценки эквивалентной площади дефектов используются АРД-диаграммы, которые строятся для конкретного типа ПЭП в зависимости от амплитуды отраженного сигнала и его координаты. При необходимости такие диаграммы могут быть сняты и сохранены в памяти дефектоскопа. При наличии образцов потребитель самостоятельно может построить необходимые диаграммы, пользуясь указаниями, изложенными в инструкции по эксплуатации. Когда АРД-кривая будет полностью построена, нужно переключиться в закладку «АРД» и сохранить построенную кривую АРД нажатием на кнопку «Сохранение». Для построения следующей кривой АРД на­до переключить «номер АРД-кривой» на следующий, ввести новый диаметр в поле «Диаметр отражателя» и повторить вышеуказанные операции с образцом нового диаметра отражателя. Таких кривых можно построить и сохранить необходимое количество, ограничений по памяти для запоминания настроек в дефектоскопе практически нет. При наличии одной, полностью построенной «АРД»-кривой, следующие кривые можно построить методом подобия. Для этого достаточно снять только одну точку но­вого диаметра (главное при этом, чтобы она попадала в область, охваченную пер­вой кривой), затем переключиться в за­кладку «АРД», нажать кнопку «Эмуляция» - новая кривая будет построена парал­лельно первой, повторяя все ее изгибы, но с постоянным смещением по амп­литуде. После завершения построения всех кривых надо сохранить их в файле путем нажатия на кнопку «Сохранение» в закладке «АРД».

В меню «Приемник» можно произ­вести цифровую фильтрацию принятых сигналов по 4, 8 или 16 разверткам. Этот режим применяется для уменьшения влияния на результаты контроля сильных индустриальных «несинхронных» помех.

Принцип фильтрации заключается в следующем. Оцифрованные сигналы в нескольких последовательных тактах запоминаются, суммируются с учетом их фазы и затем делятся на количество принятых разверток. Сигналы несин­хронных помех попадают на приемник дефектоскопа с различными значе­ниями фаз, что при суммировании не увеличивает их амплитуду. Синхронные сигналы - отраженные из зоны контро­ля, наоборот, увеличивают амплитуду во столько раз, сколько разверток суммируется. Поэтому, при последую­щем делении на установленное число разверток, амплитуды синхронных сиг­налов остаются такими, какими были, а амплитуды сигналов несинхронных помех уменьшаются. Этот режим позво­ляет в значительной степени увеличить соотношение «сигнал-шум» и повысить помехозащищенность контроля.

Очень удобен режим «Электронная лупа», позволяющий многократно увели­чивать любое место развертки, которое необходимо рассмотреть более подроб­но. В режиме «Стоп-кадр» и «Электронная лупа» очень удобно производить необхо­димые вычисления параметров импуль­сов, пользуясь визиром.

Возможность запоминания настроек и вызова любой из них значительно упро­щает процесс контроля, повышает его достоверность.

Возможность совмещения двух раз­верток позволяет производить сравне­ние полученных при сканировании раз­верток с базовыми развертками, видеть происшедшие изменения, следить за развитием дефектной ситуации.

Применение в составе дефектоско­па полноценного компьютера дает не­ограниченные возможности при его ис­пользовании для обработки результатов контроля, создании баз данных, оформ­лении отчетных документов и позволяет при этом использовать компьютер по прямому назначению.

Далеко не полный перечень пере­численных возможностей дефектоскопа УД3-21 позволяет охарактеризовать при­бор, как «дефектоскоп в компьютере» и весьма успешно применять его для на­учных исследований в вопросах ультра­звуковой дефектоскопии и разработках новых методик контроля изделий.

Мы надеемся, что потребители нашей продукции сумеют открыть и другие воз­можности дефектоскопа на основе PC Notebook и поделиться своими предло­жениями и замечаниями, что позволит при очередной модернизации улучшить параметры прибора и его возможности, тем более, что большинство нововведе­ний потребуют изменения программного обеспечения, а не «железа».