Система і спосіб (варіанти) контролю дефектів у деталях і конструкціях
Формула / Реферат
1. Система безперервного поточного контролю і спостереження за цілісністю конструкції, що містить щонайменше:
полімерну вимірювальну пластину, обладнану першою контактуючою з конструкцією поверхнею і протилежною поверхнею, при цьому перша контактуюча з конструкцією поверхня обладнана набором щонайменше певних перших каналів, які, коли перша контактуюча з конструкцією поверхня герметично зчіпляється з конструкцією, формують відповідний набір щонайменше певних перших вимірювальних порожнин;
перший з'єднувальний пристрій для забезпечення сполучення потоків середовища між набором щонайменше певних перших каналів і джерелом постійного вакууму; і
ізолюючий пристрій для ізолювання кожної з перших порожнин від сполучення потоків середовища з джерелом постійного вакууму.
2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що вона додатково включає пристрій для поточного контролю і спостереження за змінами стану вакууму між джерелом постійного вакууму і набором перших порожнин.
3. Система за будь-яким з пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що вимірювальна пластина додатково містить:
набір щонайменше певних других каналів, сформованих на першій контактуючій з конструкцією поверхні, так що, коли перша поверхня герметично зчіпляється з конструкцією, формується відповідний набір щонайменше певних других порожнин; причому
другі канали розміщені в проміжках між першими каналами; і
другий з'єднувальний пристрій для забезпечення сполучення потоків середовища між набором других порожнин і атмосферою або навколишнім середовищем при такому тиску, який відрізняється від тиску у джерелі постійного вакууму.
4. Система за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що перший з'єднувальний пристрій включає третій канал, виконаний у першій поверхні, причому згаданий третій канал забезпечує сполучення потоку середовища з кожним із перших каналів та з джерелом постійного вакууму.
5. Система за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що перший з'єднувальний пристрій для потоку середовища включає набір трубок, кожна з яких забезпечує сполучення потоків між відповідними першими каналами і джерелом постійного вакууму.
6. Система за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що другий з'єднувальний пристрій включає четвертий канал, виконаний у першій поверхні, причому даний четвертий канал забезпечує зв’язок потоку з кожним із других каналів та атмосферою або навколишнім середовищем.
7. Система за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що у кожному із других каналів другого з'єднувального пристрою для потоків середовища є отвір, який забезпечує зв’язок потоку середовища через вимірювальну пластину з атмосферою.
8. Система за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що вимірювальна пластина виконана прозорою або напівпрозорою.
9. Система за п. 7, яка відрізняється тим, що вона додатково містить пристрій подачі рідкого барвника, з'єднаний через з'єднувальний пристрій з другими каналами для забезпечення візуальної індикації місцезнаходження дефекту.
10. Система за будь-яким з пп. 1-9, яка відрізняється тим, що ізолюючий пристрій включає механізм для прикладання зусилля до зазначеної пластини у відповідних місцях над кожним або над окремими каналами з перших і/або других каналів для герметизації згаданих перших або других каналів відносно конструкції та для ізолювання по потоку перших і/або других порожнин від джерела вакууму.
11. Система за будь-яким з пп. 1-10, яка відрізняється тим, що ізолюючий пристрій пристосований до того, щоб індивідуально або послідовно ізолювати згадані порожнини, в результаті чого поступово всі порожнини стають ізольованими від джерела вакууму.
12. Система за будь-яким з пп. 1-11, яка відрізняється тим, що ізолюючий засіб запрограмований таким чином, що послідовність ізолювання порожнин може змінюватися.
13. Система за будь-яким з пп. 1-12, яка відрізняється тим, що пристрій для прикладання зусилля має набір силових привідних механізмів, зафіксованих на або у зазначеній вимірювальній пластині над кожним з каналів, для прикладання зусилля з метою ущільнювальної деформації каналу відносно конструкції.
14. Система за будь-яким з пп. 1-9, яка відрізняється тим, що перший з'єднувальний пристрій містить відвід, сформований на другій поверхні пластини, розташованій навпроти першої поверхні, причому у зазначеній пластині сформовані відповідні отвори, що забезпечують сполучення по потоку між першими каналами і зазначеним відводом, крім того, ізолюючий пристрій має механізм для прикладання у відповідних місцях ізолюючого потік зусилля для блокування згаданого відводу і ізолювання окремих вибраних перших каналів від джерела вакууму.
15. Система за п. 14, яка відрізняється тим, що механізм для прикладання ізолюючого потік зусилля містить пару притискних роликів, що характеризуються дуже малими зусиллями, які розташовані з протилежних боків відводу і слугують для ізолювання згаданого відводу по його довжині від джерела вакууму з метою поступового ізолювання перших каналів, що сполучаються з відводом вздовж цієї довжини, від джерела вакууму.
16. Система за п. 14, яка відрізняється тим, що механізм для прикладання зусилля, ізолюючого потік, містить рухомий ущільнювальний засіб, розташований у згаданому відводі для ізолювання даного відводу вздовж деякої довжини від джерела вакууму, і засіб для переміщення згаданого ущільнювального засобу вздовж відводу для поступового ізолювання по потоку набору перших каналів, що сполучаються з відводом вздовж цієї довжини, від джерела вакууму.
17. Спосіб безперервного поточного контролю і спостереження за збереженням конструктивної цілісності конструкції, що включає щонайменше наступні операції, за яких:
забезпечують наявність вимірювальної пластини, обладнаної першою контактуючою з конструкцією поверхнею, а також другою поверхнею, протилежною першій, причому перша поверхня обладнана набором щонайменше тільки перших каналів;
забезпечують герметичне зчеплення першої поверхні вимірювальної пластини з конструкцією, в результаті чого формують відповідний набір перших вимірювальних порожнин;
з'єднують перші порожнини з джерелом постійного вакууму;
здійснюють безперервний контроль і спостереження за зміною стану вакууму між порожнинами та джерелом постійного вакууму; і
ізолюють кожну вимірювальну порожнину з набору перших порожнин від джерела постійного вакууму.
18. Спосіб за п. 17, який відрізняється тим, що операція ізолювання кожної порожнини з набору перших порожнин включає дію, за якої здійснюють виведення середовища у перших порожнинах в атмосферу або навколишнє середовище.
19. Спосіб безперервного поточного контролю і спостереження за цілісністю конструкції, що включає щонайменше наступні операції, за яких:
забезпечують наявність вимірювальної пластини, обладнаної першою контактуючою з конструкцією поверхнею, а також другою поверхнею, протилежною першій, причому перша поверхня обладнана набором щонайменше певних перших каналів і набором щонайменше певних других каналів, при цьому перші канали ізольовані і розташовані по черзі з другими каналами;
забезпечують герметичне зчеплення першої поверхні вимірювальної пластини з конструкцією, в результаті чого формують відповідний набір перших і других вимірювальних порожнин;
з'єднують перші порожнини з джерелом постійного вакууму;
з'єднують другі порожнини з атмосферою або навколишнім середовищем в умовах тиску і вакууму, відмінних від джерела постійного вакууму;
здійснюють безперервний контроль і спостереження за змінами стану вакууму між порожнинами і джерелом постійного вакууму; і
ізолюють кожну порожнину з набору перших порожнин від джерела постійного вакууму.
20. Спосіб за п. 19, який відрізняється тим, що при здійсненні операції ізолювання порожнин порожнини ізолюють індивідуально і послідовно, в результаті чого поступово всі порожнини стають ізольованими від джерела вакууму.
21. Спосіб за будь-яким з пп. 19, 20, який відрізняється тим, що вимірювальну пластину формують з прозорого або напівпрозорого матеріалу.
22. Спосіб за п. 21, який відрізняється тим, що він додатково включає операцію, на якій рідкий барвник подають через з'єднувальний пристрій у другі канали, в результаті чого забезпечують візуальну індикацію місцезнаходження дефекту конструкції.
Текст
Даний винахід стосується системи і способу, що використовуються для безперервного контролю конструктивної цілісності деталей і конструкцій, зокрема, для поточного контролю конструктивної цілісності деталей і конструкцій, з метою раннього виявлення і визначення місцезнаходження дефекту, що формується, наприклад, раковини або тріщини, та моніторингу розвитку виявленої раковини або тріщини. Важливою технічною задачею, яку повинні вирішувати конструктори та інженери з експлуатації обладнання, є забезпечення поточного контролю, виявлення і оцінки первинного місцезнаходження поверхневих дефектів або тріщин, що розвиваються у конструкціях або деталях, працюючих під статичними або динамічними навантаженнями, а також наступного визначення імовірного шляху та інтенсивності розвитку дефекту або тріщини. Прикладами конструкцій, де надзвичайно важливий поточний контроль поверхневих дефектів і тріщин, є секції крила літального апарата, лопаті турбіни реактивних двигунів, корпус судна і котел ядерної енергетичної установки. Часто поточний контроль зводиться тільки до поверхневого огляду. Проте, слід мати на увазі, що дефекти або тріщини, які починають розвиватися, як правило, мають надзвичайно малі розміри і недоступні для візуального сприйняття. Крім того, дефекти або тріщини можуть розвиватися у таких ділянках конструкцій чи деталей, які фізично важко доступні або недоступні зовсім. Система виміру інтенсивності розвитку мікроскопічної тріщини повинна мати високу чутливість. Міжнародна заявка PCT/AU94/00325 [WO 94/27130], подана від імені Tulip Bay, розкриває пристрій для поточного контролю і спостереження, який може бути використаний для виявлення дефектів або тріщин в поверхні конструкції. Описаний пристрій для поточного контролю і спостереження включає джерело постійного вакууму, послідовно приєднане до високого повного опору (імпедансу), яке сполучене з струминним пристроєм, у свою чергу сполученим з однією або кількома порожнинами, сформованими на поверхні конструкції і призначеними для виявлення надзвичайно малих дефектів. Струминний пристрій через високий імпеданс з'єднаний з датчиком перепаду тиску, що забезпечує поточний контроль і спостереження за станом вакууму вимірювальної порожнини або порожнин, які визначають місцезнаходження гранично малих дефектів, стосовно джерела постійного вакууму. Отже, якщо у вимірювальних порожнинах характеристики стану вакууму змінюються, причиною чого може служити формування і розвиток тріщини, датчик виявить таку зміну. Даний спосіб успішно застосований для виявлення тріщин довжиною до 250 мікронів з використанням джерела постійного вакууму, яке характеризується величиною тиску, лише на 20кРа нижче атмосферного тиску, прийнятого за точку відліку. Після початкового вказування на місцезнаходження тріщини може бути виявлене надзвичайно мале збільшення в інтенсивності її розвитку. Приклади здійснення системи і способу за даним винаходом можуть бути використані в апаратурі поточного контролю і спостереження, описаній у згаданій вище міжнародній заявці. Oertle у патентних документах [US 4,145,915] і [US 4,109,906] заявляють раннє виявлення тріщини, однак у зазначених документах відсутнє вказування на ступінь чутливості системи і не представлені докази доцільності використання запропонованих об'єктів винаходу на практиці. Такий висновок виникає, оскільки у патентних документах Oertle увесь об'єм вакуумної системи формує частину вимірювальної порожнини, що визначає дефект, і тому для того, щоб забезпечити деяку чутливість заявленого способу, має бути застосований відносно високий вакуум. Про це просто недоречно було б говорити, якби Oertle використовував джерело постійного вакууму, що характеризується тиском, лише на 20КПа нижче атмосферного, прийнятого за точку відліку. Крім того, використання високого вакууму вимагає застосування матеріалів низької проникності, що обмежує використання зазначеного винаходу. Tulip Bay [WO 94/27130] досяг певних успіхів в усуненні зазначених вище недоліків за рахунок того, що вимірювальна порожнина, яка визначає місцезнаходження дефекту, ізольована від джерела вакууму і тому має дуже малу об'ємну продуктивність. Технічна задача, яку вирішує даний винахід, полягає у створенні системи і способу безперервного поточного контролю і спостереження за конструкцією або деталлю з метою раннього виявлення і визначення місцезнаходження імовірного дефекту або тріщини, а також контролю зростання дефекту або тріщини. Для полегшення сприйняття опису, а також розуміння формули винаходу термін "конструкція" використовується як для відображення поняття "конструкція", так і поняття "деталь". Відповідно до даного винаходу запропонована система для використання при безперервному поточному контролі і спостереженні за конструктивною цілісністю конструкції. Система включає, щонайменше: - полімерну вимірювальну пластину, обладнану першою контактуючою з конструкцією поверхнею і протилежною поверхнею, при цьому перша контактуюча з конструкцією поверхня обладнана набором, щонайменше, одних перших каналів, які, коли перша контактуюча з конструкцією поверхня герметично зчіпляється з конструкцією, формують відповідний набір, щонайменше, одних перших вимірювальних порожнин; - перший з'єднувальний пристрій для забезпечення сполучення потоків середовища між набором, щонайменше, одних перших каналів і джерелом постійного вакууму; і - ізоляційний пристрій для ізоляції кожної першої порожнини від сполучення за допомогою потоків середовища з джерелом постійного вакууму. Переважно, система додатково включає засоби для поточного контролю і спостереження за змінами у стані вакууму між джерелом постійного вакууму і першими порожнинами. В одному з прикладів здійснення вимірювальна пластина додатково включає: - набір, щонайменше, одних других каналів, сформованих на першій контактуючій з конструкцією поверхні, які, коли перша поверхня герметично зчіпляється з конструкцією, формують відповідний набір, щонайменше, одних других порожнин; - другі канали розміщені в проміжках між першими каналами; і - другий з'єднувальний пристрій для забезпечення сполучення потоків середовища між другими порожнинами і атмосферою або навколишнім середовищем при тиску, відмінному від тиску у джерелі постійного вакууму. Переважно, перший з'єднувальний пристрій включає третій канал, виконаний у першій поверхні, причому даний третій канал забезпечує сполучення потоку з кожним із перших каналів та з джерелом постійного вакууму. В альтернативному варіанті прикладу здійснення перший з'єднувальний пристрій для потоку середовища включає набір каналів, кожний з яких забезпечує сполучення потоків між відповідними першими каналами і джерелом постійного вакууму. Переважно, другий з'єднувальний пристрій включає четвертий канал, виконаний у першій поверхні, причому даний четвертий канал забезпечує сполучення потоку з кожним із других каналів і атмосферою або навколишнім середовищем. Переважно, вимірювальна пластина виконана прозорою або напівпрозорою. Переважно, система додатково містить пристрій подачі рідкого барвника, з'єднаний через з'єднувальний пристрій з другими каналами для забезпечення візуальної індикації місцезнаходження дефекту. В альтернативному варіанті прикладу здійснення винаходу у другому з'єднувальному пристрої для потоку середовища в кожному з перших каналів наявний отвір, який забезпечує рух потоку через вимірювальну пластину в атмосферу або навколишнє середовище. Переважно, ізоляційний пристрій включає пристрій для прикладення зусилля до зазначеної пластини у відповідних місцях над кожним або над окремими каналами з перших і/або других каналів для герметизації даних перших або других каналів перед конструкцією (для ізоляції від конструкції) та для ізоляції потоків перших і/або других порожнин від джерела вакууму. Переважно, ізоляційний пристрій пристосований до того, щоб індивідуально або послідовно ізолювати порожнини, в результаті чого поступово всі порожнини стають ізольованими від джерела вакууму. Переважно, ізоляційний пристрій запрограмований таким чином, що послідовність ізоляції порожнин може змінюватися. В одному з прикладів здійснення винаходу пристрій для прикладення зусилля включає набір силових привідних механізмів, зафіксованих на або у зазначеній вимірювальній пластині над кожним з каналів, для прикладення зусилля з метою ущільнювальної деформації каналу перед конструкцією. Переважно, привідними механізмами є електричні, магнітні, гідравлічні, пневматичні або механічні приводи. Переважно, перший з'єднувальний пристрій містить відвід (трубку), сформований на другій поверхні пластини, що розташована навпроти першої поверхні, причому у зазначеній пластині сформовані відповідні отвори, що забезпечують сполучення потоків між першими каналами і зазначеним відводом, крім того, ізоляційний пристрій включає пристрій для прикладення зусилля, ізолюючого потік, у відповідних місцях для блокування відводу, ізоляції потоків обраних одних з перших каналів від джерела вакууму. Переважно, ізоляційний пристрій пристосований до того, щоб індивідуально або послідовно ізолювати порожнини, в результаті чого поступово всі порожнини стають ізольованими від джерела вакууму. Переважно, ізоляційний пристрій запрограмований таким чином, що послідовність ізоляції порожнин може змінюватися. В одному з прикладів здійснення винаходу пристрій для прикладення зусилля включає набір силових привідних механізмів, зафіксованих на або у зазначеній вимірювальній пластині над кожною з довжин, для прикладення зусилля до пластини з метою ущільнювальної деформації відповідного каналу перед конструкцією. Переважно, як привідні механізми використовують електричні, магнітні, гідравлічні, пневматичні або механічні приводи. В іншому прикладі здійснення винаходу пристрій для прикладення зусилля, ізолюючого потік, містить пари притискних роликів, що характеризуються дуже малими зусиллями, які розташовані з протилежних боків відводу і служать для ізоляції даного відводу по його довжині від джерела вакууму з метою поступової ізоляції перших каналів, що сполучаються з відводом у зоні цієї довжини, від джерела вакууму. В іншому прикладі здійснення винаходу пристрій для прикладення зусилля, ізолюючого потік, містить рухомий ущільнювальний пристрій, розташований у відводі для ізоляції даного відводу по його довжині від джерела вакууму, і пристрій для переміщення даного ущільнювального пристрою вздовж відводу з метою поступової ізоляції перших каналів, що сполучаються з відводом у зоні цієї довжини, від джерела вакууму. Ще в одному прикладі здійснення винаходу зазначені канали поширюються радіально. Відповідно до даного винаходу пропонується спосіб безперервного поточного контролю і спостереження за збереженням конструктивної цілісності конструкції. Даний спосіб включає, щонайменше, наступні операції, при яких: - забезпечують наявність вимірювальної пластини, обладнаної першою контактуючою з конструкцією поверхнею, а також другою поверхнею, протилежною першій, причому перша поверхня обладнана набором, щонайменше, одних перших каналів; - забезпечують герметичне зчеплення першої поверхні вимірювальної пластини з конструкцією, в результаті чого формують відповідний набір перших вимірювальних порожнин; - з'єднують перші порожнини з джерелом постійного вакууму; - здійснюють безперервний контроль і спостереження для зміни стану вакууму між порожнинами і джерелом постійного вакууму; і - ізолюють кожну вимірювальну порожнину з набору перших порожнин від джерела постійного вакууму. В одному з прикладів здійснення даного винаходу операція ізоляції кожної порожнини з набору перших порожнин включає дію, при якій забезпечують виведення середовища з перших порожнин в атмосферу або навколишнє середовище. Відповідно до даного винаходу пропонується спосіб безперервного поточного контролю і спостереження за збереженням конструктивної цілісності конструкції. Даний спосіб включає, щонайменше, наступні операції, при яких: - забезпечують наявність вимірювальної пластини, обладнаної першою контактуючою з конструкцією поверхнею, а також другою поверхнею, протилежною першій, причому перша поверхня обладнана набором, щонайменше, одних перших каналів і набором, щонайменше, одних других каналів, при цьому перші канали ізольовані і розташовані чергуючись з другими каналами; - забезпечують герметичне зчеплення першої поверхні вимірювальної пластини з конструкцією, в результаті чого формують відповідний набір перших і других вимірювальних порожнин; - з'єднують перші порожнини з джерелом постійного вакууму; - з'єднують другі порожнини з атмосферою або навколишнім середовищем, при різних умовах тиску і вакууму - з джерелом постійного вакууму; - здійснюють безперервний контроль і спостереження для зміни стану вакууму між порожнинами і джерелом постійного вакууму; і - ізолюють кожну порожнину з набору перших порожнин від джерела постійного вакууму. Переважно, ізоляційний пристрій пристосований до того, щоб індивідуально або послідовно ізолювати порожнини, в результаті чого поступово всі порожнини стають ізольованими від джерела вакууму. Переважно, спосіб включає операції, при яких всі порожнини ізолюють індивідуально або послідовно, в результаті чого поступово всі порожнини стають ізольованими від джерела вакууму. Переважно, даний спосіб включає операцію, при якій дану вимірювальну пластину формують з прозорого або напівпрозорого матеріалу. Переважно, даний спосіб додатково включає операцію, при якій рідкий барвник подають через з'єднувальний пристрій у другі канали, в результаті чого забезпечують візуальну індикацію місцезнаходження дефекту. Далі приклади здійснення даного винаходу описуються з посиланнями на малюнки, що додаються. На Фіг.1 поданий вигляд у плані першої контактуючої з конструкцією поверхні вимірювальної пластини, що згадується у зв'язку з першим прикладом здійснення системи і способу для виявлення дефекту, що розвивається, у конструкції за даним винаходом. На Фіг.2 подана ділянка перерізу вимірювальної пластини, зображеної на Фіг.1. На Фіг.3 подана скісна проекція вимірювальної пластини, зображеної на Фіг.1. На Фіг.4 поданий переріз ділянки вимірювальної пластини, зображеної на Фіг.1, з пристроєм для ізоляції каналу. На Фіг.5 подане схематичне зображення вимірювальної пластини, зображеної на Фіг.1, з рідким барвником для визначення місцезнаходження дефекту. На Фіг.6 поданий вигляд у плані першої контактуючої з конструкцією поверхні вимірювальної пластини, що згадується у зв'язку з першим прикладом здійснення системи і способу, пристосованої для визначення ступеня зростаючого розвитку тріщини. На Фіг.7 подана скісна проекція вимірювальної пластини, показаної на Фіг.6, що пристосована для визначення ступеня зростаючого розвитку тріщини і включає магнітний вкладиш. На Фіг.8 подане схематичне зображення вимірювальної пластини, показаної на Фіг.6, що з'єднана з привідними механізмами для послідовної ізоляції з'єднувальних пристроїв від системи поточного контролю і спостереження за станом вакууму. На Фіг.9 подано переріз пластини, ідентичної пластині, що зображена на Фіг.6 і 7, на якій наочно показано вбудований ізоляційний пристрій, що включає набір привідних механізмів для деформування із забезпеченням герметичності відповідних каналів перед конструкцією, з метою визначення інтенсивності зростання тріщини. На Фіг.10 поданий вигляд у плані першої контактуючої з конструкцією поверхні вимірювальної пластини, конфігурація якої відповідає вбудованому ізоляційному пристрою для визначення інтенсивності зростання тріщини. На Фіг.11 подана скісна проекція вимірювальної пластини, показаної на Фіг.10, що містить частини вбудованого ізоляційного пристрою. На Фіг.12а і 12b подані поперечні розрізи частини вимірювальної пластини, показаної на Фіг.11, які зображують процес, що розвивається, функціонування ізоляційного пристрою, показаного на Фіг.11. На Фіг.13 подана частина вимірювальної пластини, на Фіг.11 і 12, що зображує поздовжній розріз ізолюючого потік пристрою на Фіг.11, 12а і 12b. На Фіг.14 і 15 подані компонування механічного приводу для ізоляційного пристрою, показаного на Фіг.11, 12 і 13. На Фіг.16 поданий вигляд, ідентичний вигляду на Фіг.13, що показує альтернативний ізоляційний пристрій. На Фіг.17 подана цілком укомплектована система відповідно до прикладу здійснення на Фіг.16. На Фіг.18 поданий вигляд у плані першої контактуючої з конструкцією поверхні вимірювальної пластини, розміщеної поверх головки кріплення заклепки, для визначення поля деформації навколо кріплення. На Фіг.19 подано переріз вимірювальної пластини на Фіг.18, розташованої над головкою кріплення заклепки. На Фіг.20 подана скісна проекція вимірювальної пластини, на Фіг.18 і 19. Як показано на Фіг.1-4, система 10 (Фіг.3) для безперервного поточного контролю і спостереження за цілісністю конструкції 14 з метою виявлення появи дефекту включає вимірювальну пластину 16, обладнану першою контактуючою з конструкцією поверхнею 18 і другою, протилежною їй, поверхнею 20. Перша поверхня 18 обладнана набором перших каналів 22 і набором других каналів 24. Канали 22 і 24 подані у вигляді ліній в основній частині Фіг. 1, оскільки їхня ширина і розділяючий їх простір можуть становити порядку 250 мікронів. Для більшої наочності модифікація деталі докладно подана на фрагменті А, Фіг.1. Перші канали 22 ізольовані від других каналів 24 і розподілені серед них. Як показано на Фіг.2 і 4, у той час як поверхня 18 вимірювальної пластини 16 герметично приєднується до поверхні 12 конструкції 14, перші канали 22 і другі канали 24 разом поверхнею 12/конструкцією 14 формують відповідні набори перших і других вимірювальних порожнин 26 і 28. Перший з'єднувальний за допомогою потоків середовища пристрій у вигляді третього каналу 30 через отвір 31 і трубку 32 (див. Фіг.3) забезпечує сполучення потоків середовища між першими каналами 22/першими порожнинами 26 і джерелом 101 постійного вакууму апаратури поточного контролю і спостереження 100, описаної у міжнародній заявці PCT/AU94/00325 [WO 94/27130], ознаки якої включені в даний документ шляхом посилання. (Відповідно до цього, канали 22/порожнини 26 можуть бути визначені як "вакуумні" канали/порожнини). Другий з'єднувальний за допомогою потоків середовища пристрій у вигляді четвертого каналу 34 через отвір 35 і трубку 36 забезпечує сполучення потоків середовища між другими каналами 24/другими порожнинами 28 і атмосферним оточенням з різним тиском та різними умовами вакууму стосовно до джерела постійного вакууму. (Таким чином, канали 24/порожнини 28 можуть бути визначені як "атмосферні" канали/порожнини). Ізоляційний пристрій у вигляді плунжера або осердя 38 (див. Фіг.4) включений до складу системи 10 для індивідуальної ізоляції перших каналів 22/перших порожнин 26 від джерела вакууму. У даному прикладі здійснення вимірювальна пластина 16 може бути виконана з пластмаси. Осердя 38 у даному прикладі здійснення натискає на поверхню 20 вимірювальної пластини 16 для деформування із забезпеченням герметизації частини вимірювальної пластини 16 у місцеположенні 21 над ділянкою довжини каналу 22/порожнини 26. Таким чином, канал 22/ порожнина 26 ізолюється від сполучення з каналом 30 і трубкою 32 і, отже, ізолюється від джерела вакууму 101. Як буде більш детально пояснено далі, осердя 38 може переміщатися або перевстановлюватися над і/або вздовж довжини кожного з каналів 22/порожнин 26 або спільного каналу 30 для індивідуальної чи групової ізоляції порожнин від джерела вакууму. Передбачається, що трубка 32 підключена до апаратури 100 поточного контролю і спостереження (Фіг.3), тип якої описаний у міжнародній заявці PCT/AU94/00325 [WO 94/27130]. Апарат 100 поточного контролю і спостереження включає джерело вакууму 101, з'єднане з імпедансом максимальної витрати 102 і датчиком перепаду тиску 103, що приєднаний паралельно до пристрою витрати з високим імпедансом 102, в результаті чого забезпечується поточний контроль і спостереження за будь-якими змінами в умовах вакууму між джерелом вакууму і вакуумом у каналах 22/порожнинах 26. Якби в конструкції 14 повинна була б утворитися і розкритися у напрямку поверхні 12 тріщина або раковина 40 (Фіг.2), яка надалі могла б розвитися і сформувати канал для сполучення потоків між одним з каналів 22/порожнин 26 і прилягаючим каналом 24/порожниною 28, у стані вакууму каналу 22/порожнини 26 могли б відбутися зміни. Такі зміни виявляються апаратом 100 поточного контролю і спостереження, а, отже, забезпечується попередження про початок утворення тріщини або дефекту типу раковини 40. Однак таке використання системи забезпечує тільки вказування на те, що десь в районі вимірювальної площини наявна тріщина або якийсь дефект, наприклад, раковина 40. Для того, щоб більш конкретно позначити місцезнаходження раковини або тріщини 40, на поверхню 20 діють ізоляційним пристроєм у вигляді осердя 38. Таку дію здійснюють послідовно у точках, розміщених над спільним каналом 30 вздовж його протяжності, з метою визначення пошкодженого каналу 22, а потім послідовно вздовж пошкодженого каналу 22. Величина зусилля, прикладеного осердям 38, достатня для розплющування каналів 30 або 22 із забезпеченням їх герметичності перед конструкцією 14, створюючи тим самим герметичність відповідно порожнини 26. Якщо після прикладення цього зусилля не спостерігається ніяких змін у зчитуванні результатів тестування апаратурою для поточного контролю і спостереження, значить під шаром нема у наявності ані тріщини, ані раковини або вони не сполучаються за допомогою потоку середовища з каналами 22/порожнинами 26 чи каналом 22/порожниною 26. Якщо ж зміни у стані вакууму існують і виявляються апаратурою для поточного контролю і спостереження після дії зусилля, створеного осердям 38, то ділянка з тріщиною або якимсь іншим дефектом 40 розташована нижче чи міститься всередині тепер вже ізольованої ділянки каналів 22/порожнин 26 або каналу 22/порожнини 26. Осердя 38 може бути виконане у формі, показаній на Фіг.4, для ізоляції тільки одного індивідуального каналу у кожному окремому випадку. Як альтернатива ізоляційний пристрій може бути виконаний таким чином, що забезпечується послідовна ізоляція кожного з каналів 22 для поступової ізоляції всіх каналів 22. В описаному вище способі осердя 38 діє на вакуумні канали 22/порожнини 26. Однак слід мати на увазі, що, в основному, такий самий ефект може бути забезпечений при прикладенні зусилля осердя до "атмосферного" каналу 21/порожнин 28. Цілком очевидно, що якщо осердя 38 діє на ділянку вимірювальної пластини 16 для ізоляції атмосферного каналу 24/порожнини 28 у місцеположенні між тріщиною 40 і четвертим каналом 34 (усвідомлюючи те, що тріщина 40 також сполучається за допомогою потоку середовища з прилягаючим "вакуумним" каналом 22/виїмкою 26), то апаратура поточного контролю і спостереження вкаже на зміни в умовах вакууму, оскільки у цьому випадку не буде відбуватися витоку середовища в атмосферу. Методом поступової ізоляції за допомогою осердя 38 може бути визначене місцезнаходження раковини 40. Замість або додатково до осердя 38, може бути використаний рідкий барвник для візуального визначення місцезнаходження раковини. Даний випадок показаний на Фіг.5, де подано вигляд у плані прозорої вимірювальної пластини 16, виконаної з прозорого або напівпрозорого матеріалу і приєднаної до поверхні 12. Через проблему, пов'язану з масштабом компонентів, подано схематичне зображення. Після виявлення раковини пристрій 41, що забезпечує подачу рідкого барвника 5, сполучається з каналами 24/порожнинами 28 через трубку 36, отвори 35 і канал 34. Рідкий барвник повільно втягується в порожнини 28 і зупиняється після виявлення тріщини 40 внаслідок високого імпедансу потоку, вплив якого відчуває на собі рідкий барвник у тріщині 40, порівняно з попередніми умовами проходження через повітряний канал. Таким чином, забезпечується візуальне виявлення місцезнаходження тріщини 40. На Фіг.6-8 показано, яким чином приклад здійснення системи 10а може бути використаний для спостереження за розвитком раковини або тріщини 40 у випадку, якщо раковина або тріщина вже виявлена чи вже відомо про її існування. Відповідно до запропонованого способу допоміжна вимірювальна пластина 16а займає положення, при якому тріщина 40 виступає за грань 15а вимірювальної плити 16а і таким чином контактує з навколишнім середовищем. Вимірювальна пластина 16а конструктивно виконана з каналами 22а і окремими додатковими кінцевими з'єднаннями за допомогою наскрізних отворів 31а з відповідними трубками 32а, як показано на Фіг.6, 7, 8. Крім того, інтервал між каналами 22а, що розвивається від тріщини на грані 15а, може мати тенденцію до збільшення. Така можливість передбачена для зручності виміру ступеня зростання тріщини внаслідок збільшення інтенсивності поширення розтріскування від утомленості. На Фіг.6 подано вигляд у плані першої контактуючої з конструкцією поверхні вимірювальної пластини 16а із зображенням каналів 22а, відстань між якими поступово збільшується. Крім того, наочно показано з'єднання кожного із каналів з трубками 32а за допомогою наскрізних отворів 31а (Фіг.7). На Фіг.7 подана скісна проекція вимірювальної пластини 16а, показаної на Фіг.6. Крім того, на Фіг.7 подані трубки 32а і тріщина 40а. У збільшеному вигляді показана зона тріщини 40а і включена в зображення на Фіг.7 у вигляді окремого фрагмента В. На Фіг.8 подане схематичне зображення вимірювальної пластини 16а, показаної на Фіг.6 і 7, яка з'єднана з діючим ізоляційним пристроєм 38а для послідовної контрольованої ізоляції з'єднувальних каналів 22 від системи 100 поточного контролю і спостереження за станом вакууму. Ізоляційний пристрій 38а виконаний у вигляді перемикача або мультиплексора і здійснює селективний контроль за сполученням потоків середовища між трубками 32а (а отже і каналами 22а) і системою 100, або більш конкретно, джерелом вакууму 101 системи 100. Спосіб послідовної ізоляції або пристрій 38а може бути ротаційним, лінійним чи будь-яким ще, що задовольняє запити користувача, принцип роботи якого заснований на селективному блокуванні сполучення потоків середовища між трубками 32а і джерелом вакууму 101. Подібні пристрої перемикання потоків середовища відомі та використовувалися для індивідуального приєднання точок тестування в аеродинамічній трубі до датчиків тиску. Такі пристрої відрізнялися високою вартістю. Однак, у контексті даного винаходу, ізоляційний пристрій 38а і з'єднувальні трубки 32а повинні мати малий об'єм і бути здатними скорочувати час запізнювання і при цьому підвищувати чутливість системи 10а. Уявімо, що раковина або тріщина 40а поширюється до грані 15а вимірювальної пластини 16а, однак ще не розвилася настільки, щоб перетнути перший з каналів 22а. У цій ситуації апаратура безперервного контролю і спостереження не виявить якихось змін в умовах вакууму і, отже, видасть повідомлення, що у першому з каналів 22а не існує загрози утворення і розвитку тріщини або раковини. Через деякий час, якщо раковина або тріщина 40 пошириться до такої міри, що досягне першого з каналів 22а, апаратура 100 безперервного контролю і спостереження виявить зміни в умовах вакууму. У цей час дефектний канал 22а може бути ізольований від джерела постійного вакууму за допомогою ізоляційного пристрою, зокрема, за допомогою блокатора 38а, що перекриває сполучення потоків середовища між відповідними трубками 32а і джерелом вакууму 101. Як альтернатива, якщо буде потрібно, ізольований канал 22а може бути цілком відключений від системи моніторингу вакууму і виведений в атмосферу. Така ізоляція-відвід може здійснюватися автоматично після виявлення попередньо заданої ситуації у стані вакууму. Існує контур зворотного зв'язку, у якому електричні перемикачі, вбудовані в ланцюг 104 поточного контролю системи 100, можуть бути використані як привід для мініатюрного редукційного привідного електродвигуна або подібного привідного механізму, вбудованого в блокатор 38а і використовуваного для послідовного блокування трубок доти, доки не знизиться значення перепаду тиску внаслідок результуючої ізоляції потоку, а ізоляційний пристрій не займе нове положення. Як альтернатива може бути використане задане компонування типу кроковий електродвигун/мікропроцесор. Як тільки перший з перетнутих каналів 22а ізолюється і/або від'єднується, апаратура 100 для поточного контролю і спостереження повертається до свого стабільного стану зчитування доти, доки тріщина або якийсь дефект 40а не збільшиться до такої міри, що перетне наступний вакуумний канал 22а. Таким чином, зона поширення тріщини буде дуже точно простежена і позначена. Крім того, як показано на Фіг.4, переміщаючи осердя 38 ізоляційного пристрою вздовж дефектного вакуумного каналу 22а після виявлення тріщини, що перетинає даний канал 22а, місцеположення зони перетину тріщини 40 з вакуумним каналом 22а може бути позначене графічно, що забезпечить точне визначення меж поширення тріщини або будь-якого іншого дефекту 40. При випробуваннях на міцність від утомленості оптичні контрольні виміри показали, що спосіб забезпечує надзвичайно високу точність позначення довжини тріщини з 0,5мм приростом за довжиною. Рівень техніки не містить інформації про більш низькі інтервали значень. На Фіг.9 поданий ще один приклад здійснення системи, у якому використовується ізоляційний пристрій 38b з електромагнітним приводом. Ізоляційний пристрій 38b містить набір привідних механізмів 60, які вбудовані у вимірювальну пластину 16b. Привідні механізми 60 виконані у вигляді електромагнітних осердь. Ізоляційний пристрій 38b містить робочий магніт 62, який встановлений в опорі (не показана) з можливістю переміщення вздовж ділянки над кожним з привідних механізмів 60. Привідні механізми 60 і магніти 62 виконані з однією і тією ж магнітною полярністю. Отже, при ковзному переміщенні робочого магніту 62 по одному з привідних механізмів 60 привідний механізм притискається донизу, герметично стискаючи розташований під ним канал 22а/порожнина 26. Програмований кроковий електродвигун (не показаний) може забезпечувати контроль переміщення і позиціювання робочого магніту 62 з метою ізоляції каналів 22а/порожнин 26 у будь-якій заданій послідовності. На Фіг.10-14 показані компоненти ще одного прикладу здійснення системи. Даний приклад включає вимірювальну пластину 16с, що має набір перших каналів 22с, які знаходяться на відстані один від одного з проміжками, величина яких поступово збільшується, починаючи від грані 15с вимірювальної пластини, до протилежної грані 17с. Кінець кожного каналу 22с, що примикає до поздовжньої грані 19с вимірювальної пластини, обладнаний відповідними наскрізними отворами 31с. Наскрізні отвори 31с з'єднуються з першими засобами сполучення, які у даному прикладі здійснення виконані у вигляді відводу 30с (спільного відводу), що сформований за одне ціле з вимірювальною пластиною 16с і поширюється вздовж протилежної або зворотної сторони 20 вимірювальної пластини 16с. Спільний відвід 30с розташований таким чином, що забезпечує сполучення потоку середовища з системою 100, як показано на Фіг.3, при цьому забезпечується сполучення потоку середовища між каналами 22с і джерелом 101 постійного вакууму. Відвід 30с у даному прикладі здійснення формує частину ізоляційного пристрою 38с для контрольованої ізоляції каналів 22с (і сполучених з ними порожнин 24с) від джерела вакууму. Ізоляційний пристрій 38с включає пару притискних роликів 50, розташованих з протилежних боків відводу 30с. На ролики 50 у напрямку за годинниковою стрілкою діє крутний момент, який примушує їх переміщатися вздовж відводу 30с, при цьому відвід 30с затискається між роликами і закривається. Як тільки це відбувається, відвід 30с на довжині L1 позаду роликів 50 успішно ізолюється від джерела 101 вакууму. Відповідно до цього канали 22с, які сполучаються на довжині L1 через відповідні отвори 31с, також ізолюються від джерела 101 вакууму. Таким чином, ізоляційний пристрій 38с може поступово ізолювати всі канали 22с від джерела вакууму. На Фіг.14 поданий ще один приклад здійснення способу і пристрою для прикладення зусилля крутного моменту до роликів 50. У цьому прикладі здійснення кожен ролик 50 приєднується до гнучких дротових привідних валиків 80, які приводяться в обертання або одинарним електродвигуном і зубчастою передачею, або двома окремими електродвигунами (не показані). На Фіг.15 подана ще одна конструкція приводу для роликів 50. У цьому прикладі здійснення черв'як 90 взаємодіє з відповідними зубчастими вінцями 91, сформованими на сусідніх осьових кінцях роликів 50, при цьому черв'як з'єднаний з гнучким привідним валом 80, який у свою чергу приводиться в рух електродвигуном (не показаний). На Фіг.16 поданий ще один приклад здійснення ізоляційного пристрою 38d. У даному прикладі здійснення ізоляційний пристрій 38d включає сферичне ущільнення 93 і пристрій у вигляді черв'яка 90 для переміщення ущільнення 93 вздовж відводу 3 Od. Ущільнення 93 ізолює відвід 30d на довжині L1 від джерела вакууму системи 100. У зв'язку з цим система 100 сполучається з кінцем відводу 30d з боку ущільнення 93 навпроти черв'яка 90, рух передається черв'яку 90 від електродвигуна (не показаний) через гнучкий дротовий привідний вал 80. Слід взяти до відома, що ущільнення 93 ефективно ізолює канали 22d і сполучені з ними порожнини 26d, які сполучаються із зоною на довжині L1, від джерела вакууму. Сам же черв'як 90 переміщається вздовж внутрішньої поверхні відводу 30d. Незважаючи на те, що ущільнення 93 подане у даному прикладі здійснення у вигляді сферичного ущільнення, можливі ущільнення іншої конфігурації, наприклад, у вигляді деталі циліндричної форми зі округленим виступаючим торцем. Дійшли висновку, що приклад здійснення 38d з черв'яком 90 і ущільненням 93 в описаних обставинах може розглядатися як найкращий варіант з погляду розробки конструкції, оскільки номінальний діаметр відводу 30d, як правило, складає лише 0,5мм. У кожному з прикладів, де здійснюється приведення в дію гнучким дротовим валом, мініатюрний редукційний привідний електродвигун, кроковий електродвигун /запрограмований мікропроцесор, або подібні привідні пристрої, контрольовані аварійним ланцюгом системи 100 поточного контролю і спостереження, формують іншу частину ізоляційного пристрою 38с і 38d. На Фіг.17 поданий приклад завершеної системи 10d, що використовує ізоляційний пристрій 38d, показаний на Фіг.16, і привідний пристрій 37d, що включає редукційний привідний електродвигун 70, призначений для надання руху валу 80, який має поздовжні шліци для забезпечення вільного поздовжнього переміщення. Електроживлення подається на електродвигун 70 по провідниках 99 і джерело електроенергії системи 100 поточного контролю та спостереження за станом вакууму, у відповідь на несприятливий стан вакууму, виявлений через канал 32d. Тріщина 40d, що розвивається, у підкладці 14d показана розташованою в зоні, частково покритій вимірювальною пластиною 16d. У міру того, як дана тріщина поступово перетинає кожну з порожнин 26d, зростання значення перепаду тиску, до заданої величини, визначається монітором 100 через канал 32d. У відповідь на це електричний струм за допомогою провідників 99 подається на редукційний привідний електродвигун 70. Електродвигун надає обертання валу 80, переміщає гвинт 90 і ущільнення 93 через спільний відвід 30d у наступну ізоляційну позицію, що виникає в результаті зниження перепаду тиску до значення, нижче встановленого, і досліджується системою 100 поточного контролю та спостереження. У результаті припиняється подача електричного струму на електродвигун 70. Таким чином, точне графічне зображення поширення тріщини може поєднуватися з періодами або циклами дослідження на міцність від утомленості для прогнозування інтенсивності поширення тріщини. Фіг.18, 19 і 20 більшою мірою стосуються раковини, утвореної пластичною деформацією, ніж тріщини. На Фіг.18 показаний вигляд у плані першої контактуючої з конструкцією поверхні 18е вимірювальної пластини 16е для розміщення поверх головки кріплення заклепки з метою визначення ступеня деформації навколо пристрою кріплення. Вона має вакуумні канали 22е радіальної форми з спільним приєднанням до каналу 32е за допомогою отвору 31e. Крім того, вона обладнана атмосферними каналами 24е, які переміжні з вакуумними каналами і з'єднані своїми зовнішніми кінцями через наскрізні отвори 35е з атмосферними вивідними трубками 36е. На Фіг.19 показаний переріз по А-"А" вимірювальної пластини 16е на Фіг.18, ідентично розміщений поверх перерізу головки 92е кріплення заклепки і закріпленого компонента 14е. На Фіг.20 подана скісна проекція вимірювальної пластини 16е, розташованої на поверхні 12е компонента 14е. Периферія головки заклепки 92е, розташованої під вимірювальною пластиною, лише ледь позначена. Трубка (канал) 32е приєднана до системи поточного контролю і спостереження за станом вакууму, яка не показана. Сегмент кола 41e, виділений штриховою лінією, являє собою проміжну ділянку між заклепкою 92е і прилягаючою зоною отвору у компоненті 14е (див. Фіг.19). Дана ділянка являє собою приклад дефекту, що утворився внаслідок пластичної деформації у матеріалі кріпильного пристрою. Витрата витоку між вакуумною порожниною 22е/26е та атмосферною порожниною 24е/26е визначається і вимірюється системою 100 поточного контролю і спостереження за станом вакууму. Шляхом селективної ізоляції відвідних трубок 36е може бути визначена виділена ділянка стику 41е у кріпленні. Таким чином, система здійснює перше визначення наявності пластичної деформації. Це досить складна операція, особливо якщо у кріпленні було створене попереднє напруження. На підставі інформації, наданої в описі пристрою і способу поточного контролю та спостереження за станом поверхні, фахівці, кваліфіковані у даній галузі техніки, можуть створити численні варіанти та модифікації способу і пристрою, показаних у даному винаході, у рамках обсягу захисту, що обумовлений переліком суттєвих ознак самостійних пунктів формули винаходу. Вимірювальна пластина може бути виготовлена будь-якої придатної форми. Канали 22, 22а, 22b, 22с, 22d і 22е, 24, 24е, 30, 30с, 30d, 34 зображені як канали, що розташовані тільки на поверхні 18 вимірювальних пластин 16, 16а, 16b, 16c, 16c, 16c, 16d і 16еа. Однак подібні канали можуть бути розташовані на протилежному боці 20 вимірювальної пластини. У результаті, дані вимірювальні пластини одночасно можуть здійснювати поточний контроль стану суміжних поверхонь у з'єднаннях елементів конструкції. У цьому зв'язку дані вимірювальні пластини формують немовби частину сполучного з'єднання між конструкціями, а більш конкретно, можуть бути виконані з пластичного матеріалу, клею або герметика. Описані приклади здійснення, у яких канали 22 і 22а/порожнини 26 ущільнюються за рахунок дії зусилля або безпосередньо на канали 22 і 22а/порожнини 26 (наприклад, Фіг.4 і 9), або на канали-трубки 32с (Фіг.7 і 20), які сполучені за допомогою потоку середовища із зазначеними вище каналами та порожнинами. Однак в альтернативному прикладі здійснення вимірювальна пластина 16 і 16а може бути обладнана каналамитрубками, зображеними на Фіг.7 і 8, які замість того, щоб приводитися в дію за допомогою зовнішніх сил стиску, можуть бути обладнані внутрішнім клапаном роздільної дії для відкриття і закриття шляху проходження потоку середовища за допомогою джерела вакууму. Цілком очевидно, що можуть бути створені інші приклади здійснення, у яких кожний з каналів 22 і 22а обладнаний своїм власним внутрішнім клапаном, який може контролюватися роздільно, з метою відкриття і закриття сполучення між каналом 22 і 22а та каналом 30. Використання мікроелектронної апаратури розширює можливості практичного використання мініатюрного ізоляційного пристрою. Усі описані варіанти і модифікації, а також ті, які очевидні для фахівців, кваліфікованих у даній галузі техніки, не повинні виходити за межі обсягу захисту винаходу, обумовленого ознаками, викладеними в описі та у повному обсязі поданими в пунктах формули винаходу.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюSystem and method (variants) for detecting faults in parts and structures
Назва патенту російськоюСистема и способ (варианты) для обнаружения дефектов в деталях и конструкциях
МПК / Мітки
МПК: G01M 3/26, G01M 3/20, G01M 3/02, G01N 19/00, G01M 3/04
Мітки: контролю, варіанти, деталях, система, дефектів, спосіб, конструкціях
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/10-73772-sistema-i-sposib-varianti-kontrolyu-defektiv-u-detalyakh-i-konstrukciyakh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Система і спосіб (варіанти) контролю дефектів у деталях і конструкціях</a>
Попередній патент: Спосіб обробки жорстких вод
Наступний патент: Нові поліциклічні сполуки і їх застосування
Випадковий патент: Спосіб очищення відпрацьованого моторного масла