Спосіб вимірювання товщини стінки порожнистої лопатки

Даний винахід стосується способу вимірювання товщини стінки порожнистої лопатки. Однією з конструктивних особливостей цих частин є те, що вони звичайно обладнані внутрішніми перегородками, покритими стінками, для надання жорсткості лопаткам або для розділення внутрішнього об'єму на відсіки. Ці перегородки створюють перешкоди при проведенні вимірювань, оскільки їхній внесок у сигнал вимірювання накладається на власний внесок стінки, і тому результати вимірювання мають тенденцію до завищення товщини. Із рівня техніки відомі декілька неруйнівних способів вимірювання, придатних для вимірювання товщини у даній галузі техніки. Проте деякі з них, наприклад, рентгенівська томографія, при котрій за допомогою набору детекторів виконують низку послідовних знімків окружності об'єкту, що підлягає вимірюванню, є занадто складними у здійсненні, а інші способи, наприклад, вимірювання в інфрачервоному спектрі, не є достатньо точними. І, нарешті, способи вимірювання за допомогою ультразвуку не є придатними для всіх матеріалів, зокрема, для анізотропних. Розроблений неруйнівний спосіб вимірювання товщини, позбавлений перелічених недоліків, який дозволяє одержувати точні і надійні показання щодо товщини стінки, незважаючи на наявність перегородок, що знаходяться за зазначеною стінкою у невідомих положеннях, і які створюють перешкоду вимірюванням. Спосіб оснований на застосуванні спеціально виконаного детектора вихорових струмів, який використовують так, що внесок з боку перегородок у сигнал, що детектується, є мінімальним, а також на застосуванні відповідних засобів обробляння для виключення суттєвого впливу перегородок на вимірювання. Можливі декілька варіантів здійснення винаходу, які удосконалені у більшому чи меншому ступені і дають результати відповідної точності. У своїй найбільш загальній формі винахід стосується способу вимірювання товщини стінки порожнистої лопатки, котра може використовуватися для закривання перегородок, який включає у себе стадії прикладання двох полюсів магнітного осердя детектора вихорових струмів до стінки, паралельно перегородкам, причому полюси 8 обладнані у котушки 7, з'єднані послідовно між собою, переміщування детектора по стінці перпендикулярно перегородкам, реєстрації сигналів, створюваних детектором, і одержання величини товщини стінки відповідно до попередніх калібрувань. У патенті США №4,005,359 описаний зонд вихорових струмів, що застосовується для оцінки товщини покриття з фарби або емалі на провідній основі, який складається з двох обмоток, розташованих так само, як у трансформаторі, тобто зв'язаних між собою електромагнітною індукцією, але електрично ізольованих одна від одної. У патенті США №5,172,059 показано, що котушка, яка індукує вихорові струми у основі під нею, є чутливою до змін у товщині цієї основи. Ознаки і переваги даного винаходу докладно розглядаються у наведеному нижче описі конкретних варіантів здійснення винаходу з посиланнями на додані креслення, де: Фіг.1 - загальний вигляд пристрою для здійснення способу за даним винаходом; Фіг.2 - детектор у збільшеному масштабі; Фіг.3 - комбінований детектор; Фіг.4 - приклад отримуваного сигналу; Фіг.5 - мережа штучних нейронів; Фіг.6 - калібрувальний блок. На Фіг.1 зображена частина порожнистої лопатки 1, профіль якої утворений зовнішньою стінкою 2, жорсткість котрої підвищена перегородками З, що мають різну і неточно відому ширину, глибину й інтервали між ними. Датчик 4 встановлений з можливістю переміщування по твірній 5 лопатки 1. Він містить дугоподібно зігнуте магнітне осердя 6 (Фіг.2), на котрому розміщена електромагнітна обмотка, що складається у даному випадку з двох розташованих на плечах 8 дугоподібного осердя 6 котушок 7, послідовно з'єднаних між собою. Детектор 4 встановлений на кінці опорного важеля 9 і притиснений у зворотному напрямку пружиною 10 так, що кінці плечей 8 торкаються стінки 2. Обладнаний електродвигуном пристрій 11 використовується для переміщування важеля 9 і детектора 4 уздовж твірної 5 лопатки 1. В електричному контурі 13 встановлений генератор 12 змінного струму, з котрим послідовно з'єднані котушки 7, і вольтметр 14, який використовують для реєстрації сигналу напруги, створюваного на затискачах котушок 7, і надсилання його до засобу 15 обробляння, який являє собою важливу частину даного винаходу. Вимірювана за допомогою вольтметра 14 величина сигналу залежить, зокрема, від вихорових струмів, створюваних електромагнітною індукцією котушок 7 у сусідній відносно лопатки 1 частині, і залежить, окрім товщини стінки 11, від наявності або відсутності перегородки 3 перед детектором 4 або поблизу нього. Однак, було знайдено, що якщо обидва полюси осердя 6 на кінцях плеч 8 розміщені в напрямку перегородок 3, як показано на Фіг.1, то вплив перегородок 3 на вимірювання буде менш помітним, тобто сигнал буде змінюватися у меншому ступені при проходженні детектора 4 перед будь-якою з перегородок 3. На Фіг.4 показані одержані криві (R1 для частоти збудження 100кГц і R2 для частоти збудження 300кГц) для випадку, коли полюси розміщені напроти профілю лопатки 1. Якщо вимірювану вольтметром 14 напругу позначити як VB, а силу струму, що проходить через котушки 7, як І, то можна скласти ввідношення Z0=V0/I0=R0+jX0, де Z0 є повним опором, R0 активним опором, і Х0 - реактивним опором контуру в ненавантаженому стані (за відсутності впливу лопатки 1), і Zc=Vc/lc=Rс+jXc, коли детектор 4 прикладений до лопатки 1 (j означає уявну одиницю, f=-1). Засіб обробляння може обробляти вимірювання, зокрема, шляхом реєстрації зміни наведеного реактивного опору Хст=Хс/Х0, як пропонується у даному випадку, або наведеного опору (Rc-R0)/X0. Встановлено, що для індукції на відносно низьких частотах вплив перегородок 3 стає практично непомітним, завдяки чому можна зовсім не враховувати їх наявність і визначати товщину стінки 2 безпосередньо за сигналом, що реєструється, з урахуванням даних попереднього калібрування на низці гладких стінок різної товщини. Проте краще застосовувати більш удосконалені операції обробляння для визначення товщини стінок 2 за величиною одержаного сигналу. Нижче наведений докладний опис засобу 15 обробляння, в якому виконуються ці операції. Цей засіб містить мережу штучних нейронів N, яка може мати структуру, показану на Фіг.5. На практиці штучний нейрон N є основною ланкою в процесі обробляння, яка приймає певну кількість вхідних сигналів є, що мають відповідні вагові коефіцієнти W, і видає вихідний сигнал s, який залежить від зважених вхідних сигналів і зміщення Ь, відповідно до формули s=F(We+b), де F є функцією активізації, заданою шляхом програмування нейрону N. Вхідні дані передаються по мережі, модифікуючись у кожному нейроні, через який вони проходять. Нейрони можуть бути розподілені у послідовних шарах і з'єднані з усіма нейронами попереднього і наступного шарів. Було встановлено, що для цілей даного винаходу достатньою є двошарова мережа, що містить одну вихідну мережу С2 з одним єдиним нейроном, що видає потрібний вихідний сигнал (котрий несе інформацію про товщину), і нижній або схований шар С1, що складається з декількох нейронів (на практиці двох, трьох або чотирьох), на які надходять величини, одержані із сигналу вимірювання (наприклад, R1 або R2). Крім того, у шарі С1 виконувані нейронами функції виражаються прямим співвідношенням (F(W.e+b)=W.e+b), а в шарі С2 - гіперболічним тангенсом (F(W.e+b)=tanh(W.e+b)). Мережу нейронів піддають попередньому навчанню, що суттєво полегшує задачу відображення дескрипторних параметрів нової ситуації, подібної до ситуації навчання, в ході якого вона приймає певні сигнали. У даному випадку пропонується виконувати калібрування за допомогою плоского блоку 30 (показаного на Фіг.6), утвореного із паралельних смуг 31, котрі мають товщину, що зростає, і обладнаного у ребра 32, аналогічні перегородкам, можливо різної товщини, які розміщені з різними інтервалами позаду пластини і перетинаються з усіма смугами 31. Детектор 4 переміщують уздовж смуг 31 тим самим шляхом, що й у випадку з лопаткою 1, так що він видає достатню кількість опорних сигналів, які піддають обробці для настроювання мережі нейронів шляхом регулювання ваги і зміщення зазначених нейронів. Таке навчання мережі нейронів можна здійснювати автоматично за допомогою відповідного програмного забезпечення, в результаті чого мережа видає відому товщину кожної смуги 31 у відповідь на певні сигнали, що реєструються уздовж зазначеної смуги. Хоча кращою є вищеописана система з детектором 4, вимірювання можна виконувати за допомогою детектора 4', аналогічного описаному, але обладнаного у полюси, розміщені перпендикулярно до перегородок 3 (Фіг.3), який забезпечує утворення ліній намагнічування, перпендикулярних зазначеним перегородкам, і викликає значні вихорові струми у зазначених перегородках. При цьому, як можна бачити по кривих R3 і R4 відгуку, зображених на Фіг.4, вплив перегородок на вимірювання буде набагато сильнішим, ніж при вимірюванні детектором 4. Використання сигналів від детектора 4', що надсилаються у мережу нейронів разом із сигналами від детектора 4, дозволяє коректувати вплив перегородок і забезпечує додаткове підвищення точності визначення товщини стінки 2, оскільки вплив перегородок 3 краще реєструється детектором 4'. Еквівалентний шлях виконання вимірювань полягає в тому, що замість виконання одночасно двох ланцюгів вимірювань за допомогою детекторів 4 і 4', встановлених на опорний важіль 9', що закінчується вилкою, використовують один лише детектор 4 за умови, що він встановлений на опорний важіль 9 зі зчепленням 40, що забезпечує можливість обертання (див. Фіг.2). У цьому випадку спосіб вимірювання є повністю аналогічним описаному, за винятком того, що тут отримують послідовно дві категорії сигналів вимірювань. Іншим джерелом похибки вимірювань є кут нахилу детектора 4 або 4' по відношенню до стінки лопатки 3, який утворюється при встановленні опорного важеля 9 до лопатки 3 внаслідок її згину. Проте можна легко виконати коректування, оскільки, як можна бачити, кут нахилу впливає тільки на відношення між дійсною й уявною частиною сигналу на виході вольтметра 14. Отже можна стверджувати, що більш точним є вираз: Xcn=aRcn+b, де а є коефіцієнтом, котрий залежить від кута нахилу детектора 4 відносно лопатки 1. Таким чином, для проведення коректування достатньо подати прийняті сигнали в додаткову мережу нейронів, яка б видавала випрямлений сигнал, що є сигналом, який отримується за допомогою детектора 4 або 4', розміщеним під прямим кутом відносно стінки 2. Навчання додаткової мережі нейронів виконують шляхом переміщування детектора 4 по смугах 3.1 під різними кутами для визначення величин коефіцієнта а. Слід зауважити, що інші детектори вихорових струмів, наприклад, детектори із симетричною відносно осі центральною котушкою, що випромінює електромагнітні хвилі в усіх напрямках, у даному застосуванні дають дуже неточні результати, у той час як за допомогою винаходу можна одержати точність зі стандартною похибкою 10мкм при вимірюванні товщини лопатки з перегородками завтовшки декілька міліметрів.