Тренажер для операторов ультразвукового контроля

 

Изобретение относится к области контроля качества сварных соединений конструкций ответственного назначения на стадии их изготовления и эксплуатации с помощью ультразвуковой дефектоскопии. Тренажер предназначен для аттестации профессиональных навыков и умений операторов ультразвукового контроля обнаруживать дефекты в условиях монотонной однообразной работы и поддерживать на функциональном высоком уровне характеристики внимания и бдительности, а также может быть использован на стадии обучения операторов для формирования навыков и умений поиска дефектов. Тренажер выполнен в виде круглого диска, вращающегося вокруг оси по заданной программе. На диске имеется имитация сварного кругового шва. Сверху диск закрыт кожухом, в котором имеется сегментообразный вырез, обеспечивающий доступ оператору к поверхности сварного шва. С обратной стороны поверхность диска в зоне выреза контактирует с тремя датчиками ультразвуковых сигналов. Датчики управляются специальным программным устройством. Это устройство в случайные моменты времени обеспечивает подачу ультразвуковых сигналов на один или несколько датчиков на определенное время и обеспечивает поворот диска на определенный угол, что имитирует предъявление оператору нового участка шва. В отличие от известных решений тренажер обеспечивает фактор бесконечно протяженного шва и появление сигналов, имитирующих наличие дефектов, как случайных и относительно редких событий во времени и пространстве. 2 ил.

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности, к организации службы контроля качества при изготовлении и эксплуатации толстостенных сварных конструкций типа сосудов давления и найдет применение при подготовке операторов ультразвукового контроля (УЗК), разработке и применение методов УЗК, а также изготовлении и эксплуатации сварных конструкций.

Актуальной задачей при изготовлении сварных конструкций является выявление дефектов в сварных швах методами неразрушающего контроля, в том числе и УЗК, поскольку необнаруженные дефекты могут явиться инициаторами разрушения на стадии эксплуатации конструкций.

Оператора УЗК следует рассматривать в качестве управляющего звена, включенного в человеко-машинную систему "объект-дефектоскоп-оператор". Надежность функционирования такой системы в плане выявляемости дефектов во многом зависит от профессиональной подготовки оператора УЗК, проявляющейся в умении точно и продолжительное время выполнять операцию сканирования, а также его личностных качеств, а именно, внимания, бдительности и др.

По статистическим данным частота появления дефектов в сварных швах сосудов давления составляет от 0,3 до 25 штук на 10 метров шва. Поэтому событие, состоящее в появлении полезного сигнала на экране дефектоскопа, достаточно редкое. Отсюда следует, что одним из профессионально важных личностных качеств человека-оператора УЗК является умение выполнять однообразную работу в условиях монотонии сенсомоторных реакций достаточно длительное время, сохраняя высокие оперативные характеристики и внимания и бдительности. Выявление способностей различных операторов выполнять такую работу на стадии профотбора, а также тренинг в процессе обучения можно реализовать на специальных тренажерах.

Известен тест-образец [1] в котором дефекты дискообразной формы типа несплавлений, являющиеся источниками отраженных ультразвуковых сигналов (УЗС), расположены на поверхности пластины под слоем наплавки. Случайный характер размещения дефектов и достаточно большая поверхность образца, предъявляемая для контроля, требуют от оператора внимания и бдительности при контроле, приближая условия эксперимента к реальным условиям работы, что совпадает с признаками заявляемого изобретения. Недостатком аналога является то, что ограниченные размеры образца и достаточно высокая частота появления сигналов (отраженных от дефектов на экране дефектоскопа не позволяют в полной мере оценить качество работы оператора в условиях монотонии (однообразные операции в течение длительного времени).

В качестве прототипа принят тренажер [2] содержащий специальный образец в виде прямоугольной пластины со сварным швом. С обратной стороны к поверхности пластины приклеены пьезоэлектрические датчики, являющиеся источниками УЗС, имитирующие дефекты шва. В каждом эксперименте с помощью коммутирующего устройства подключается определенный набор постоянно работающих источников УЗС. Это является признаком, совпадающим с заявляемым изобретением. К недостаткам прототипа относится то, что постоянно работающие источники УЗС, закрепленные в заданной точке при ограниченных размерах пластины, не позволяют имитировать реальные условия проведения УЗК, когда появление сигнала на экране дефектоскопа является редким во времени событием.

Для более достоверной оценки профессионально важных индивидуальных характеристики операторов УЗК, таких как внимание и бдительность, а также их тренинга при обучении и восстановлении навыков, предлагается специальный тренажер.

Тренажер для операторов ультразвукового контроля, выполненный в виде пластины со сварным швом, содержащей источники ультразвуковых сигналов (УЗС), отличающийся тем, что тренажер содержит пластину в форме диска со сварным круговым швом, вращающуюся вокруг оси и закрытую кожухом, имеющим сегментообразный вырез, обеспечивающий доступ к поверхности сварного шва, при этом с противоположной стороны пластина, в зоне шва под вырезом в кожухе, контактирует с источниками УЗС, которые включаются случайным образом во времени и последовательности на определенную длительность.

Анализ позволяет отметить, что признаком, отличающим предложенный объект от известных технических решений (аналогов и прототипа) является моделирование бесконечной протяженности шва со случайным во времени и пространстве событием появление сигнала, характеризующего наличие дефекта.

Сравнение свойств заявляемого объекта со свойствами аналогов и прототипа показывает, что в известных решениях источниками УЗС, моделирующие наличие дефектов, работают постоянно в заданной координатной точке на ограниченном пространстве, что не позволяет реализовать фактор редкости появления сигнала от дефекта, характерный для реальных условий работы операторов УЗК.

В заявляемом решении за счет поворота дискообразной пластины вокруг оси и случайного характера включения и коммутации источников УЗС для оператора моделируется приближенная к реальной ситуация, при которой оператору предъявляются для контроля все время условно "новые" бездефектные участки шва, но в определенный случайный во времени момент включается один из источников УЗС, и оператор должен быть готов его обнаруживать.

Этот факт свидетельствует о том, что в создаваемом тренажере возникают свойства, анализ которых по сравнению с прототипом позволяет говорить о наличии существенных отличий.

Уровень подготовки оператора УЗК с позиций безошибочного выполнения монотонной работы в течение длительного времени осуществляется на основе статистической оценки пропуска сигналов в связи с ослаблением вниманием и бдительности.

Анализ свойств тренажера свидетельствуют о том, что положительный эффект его применения реализуется в плане достоверной оценки профессиональных и личностных характеристик оператора-индивида, оказывающих непосредственное влияние на качество его работы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 и 2 показан внешний вид тренажера. Тренажер состоит из дискообразной пластины 1, закрепленной на оси 2. Поворот пластины вокруг оси о осуществляется с помощью привода 3. На пластине 1 выполнена круговая наплавка 4, имитирующая сварной шов, усиление которой удалено заподлицо с пластиной. Дискообразная пластина размещена в корпусе 5, который имеет сегментообразный вырез 6, обеспечивающий свободный доступ к поверхности пластины и сварному шву. С противоположной стороны пластины в зоне выреза 6 размещаются источники ультразвуковых сигналов 7, которые подключены к управляющему устройству 8, содержащему датчик случайных чисел и обеспечивающему случайное во времени и в их порядке включение на определенное время, а также регистрацию поданных сигналов.

Оператор УЗК, подлежащий тестированию, начинает работу на тренажере путем сканирования искателем (щупом) по поверхности пластины в зоне шва с целью обнаружения дефекта. При повороте пластины вокруг оси на некоторый угол, оператору предъявляется для контроля условно новый участок шва. В некоторый случайный момент времени включается один из источников УЗС. Оператор должен обнаружить этот сигнал и зафиксировать в карте контроля время принятия сигнала и его координаты. Работа на тренажере продолжается 1 3 часа, источники УЗС включаются относительно редко (одно включение на отрезке 5 10 мин.) и оператор должен быть постоянно готов к восприятию таких сигналов за счет сохранения оперативных свойств внимания, бдительности и точности сканирования.

Отношение количества предыдущих при контроле сигналов к общему числу поданных сигналов может служить оценкой квалифицированной подготовки оператора надежно выполнять ответственную работу с позиций его профессиональных личностных характеристик внимания и бдительности.

Дискообразную пластину 1 диаметром 550 мм и толщиной 30 мм изготовили из стали 22 К. Для имитации сварного соединения на поверхности диска выполнили круговую канавку диаметром 450 мм, шириной 40 мм и глубиной 5 мм. В канавке с помощью ручной дуговой сварки электродами УОНИ-13/45 была выполнена наплавка 4 с небольшим усилением, которое удалили после сварки путем механической обработки поверхности. Диск закрепили на оси 2 диаметром 20 мм и установили в подшипниковые опоры. В крышке корпуса 5, закрывающей сверху дискообразную пластину, выполнили сегментообразный вырез 6 шириной 150 мм на дуге с центральным углом 90^o таким образом, чтобы вырез начинался от внешнего диаметра диска. На противоположной стороне диска в трех точках, расположенных под зоной наплавки, имитирующей сварной шов, разместили источники ультразвуковых сигналов 7. В качестве этих элементов использовали прямой искатель ПIII-2ПН17. Подача сигнала осуществлялась от генератора ультразвуковых колебаний дефектоскопа УД-II ПУ, подключенного к управляющем устройству 8 В электронной схеме управляющего устройства 8 программно реализован случайный равномерный закон распределения коммутации одного из трех источников УЗС 7. Время включения источника УЗС подчиняется нормальному закону распределения с параметрами: математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение S_t 1,5 мин.

Формула изобретения

Тренажер для операторов ультразвукового контроля, выполненный в виде пластины со сварным швом с установленными на ней источниками ультразвуковых сигналов и подключенный к ним блок коммутации, отличающийся тем, что пластина имеет форму диска с выполненным на одной из его поверхностей кольцевым сварным швом, зачищенным заподлицо, блок коммутации выполнен программным с обеспечением коммутации по случайному закону источников ультразвуковых сигналов, тренажер снабжен приводом вращения диска и кожухом, источники ультразвуковых сигналов установлены на другой поверхности диска в зоне сварного шва, а кожух выполнен с вырезом в этой же зоне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2