Дефектоскоп для контроля внутренней поверхности труб (варианты)
Владельцы патента RU 2352921:
Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "НЕФТЕТРУБОСЕРВИС" (RU)
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Технический результат - выявление дефектов в виде мелких неровностей, в том числе мелких неровностей продольного направления, на внутренних поверхностях труб и определение размеров и мест расположения этих неровностей. Дефектоскоп включает корпус, в котором установлены телевизионная камера и кольцевая система направленного излучения света, состоящая из светодиодов. К корпусу прикреплен на кронштейнах отражатель света с зеркальной поверхностью, которая имеет вогнутую внутрь конусовидную форму. Лучи света, поступающие от светодиодов, отражаются от зеркальной поверхности и концентрируются на внутренней поверхности трубы в виде узкого кольцевого пояса S. Сигналы, поступающие в компьютер, позволяют определить продольные размеры дефектов и координаты положения дефектов по длине трубы. Технический результат - выявление дефектов в виде мелких неровностей, в том числе продольного направления, и определение размеров и мест расположения этих неровностей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для обнаружения дефектов в виде неровностей на внутренней поверхности труб.
Из описания к патенту ЕР 1457770, кл. G01N 21/954, опубл. 05.09.04 [1] известен дефектоскоп для контроля полых тел, включающий телевизионную камеру, монитор, связанный кабелем с телевизионной камерой, и кольцевую систему излучения света, расположенную концентрично объективу телевизионной камеры.
Дефектоскоп [1] не снабжен средствами передвижения вдоль полости обследуемой детали и поэтому не может быть эффективно использован для обследования деталей большой длины, таких как трубы.
Из описания к патенту JP 2839934 В2 4036644 А, кл. G01N 21/88, опубл. 24.12.98 [2] известен дефектоскоп для контроля поверхности внутренней стенки цилиндра, включающий корпус, установленную в корпусе телевизионную камеру, привод передвижения корпуса вдоль отверстия обследуемой детали, систему излучения света, монитор, связанный с телевизионной камерой, и отражатель света с конусной зеркальной поверхностью, который прикреплен к корпусу на некотором расстоянии от телевизионной камеры.
В процессе работы дефектоскопа [2] от зеркальной поверхности отражателя света на обследуемую цилиндрическую поверхность поступает рассеянный световой поток. Мелкие неровности поверхности (особенно мелкие неровности, вытянутые в продольном направлении) не образуют заметных теней и остаются незафиксированными на экране монитора. Вследствие этого, используя дефектоскоп [2], невозможно выявлять такие дефекты, как указанные выше мелкие продольные неровности.
Из описания к патенту JP 3591080 В2, 9089788 А, кл. G01N 21/88, опубл. 17.11.04 [3] известен дефектоскоп для контроля внутренней поверхности труб, который включает помещаемый внутрь обследуемой трубы корпус с телевизионной камерой, кольцевой системой направленного излучения света и конусным отражателем света. Последний прикреплен к корпусу на некотором расстоянии от телевизионной камеры. Корпус дефектоскопа снабжен приводом продольного перемещения в отверстии трубы.
В процессе работы дефектоскопа [3] лучи направленного излучения света, образуя усеченный конус, падают на поверхность трубы наклонно к ее оси. В результате на этой поверхности формируется широкое световое кольцо. Такой характер освещения позволяет выявить только крупные (преимущественно поперечные) неровности поверхности. Мелкие неровности, особенно неровности, направленные (вытянутые) вдоль оси трубы, остаются незафиксированными, т.к. они не образуют заметных теней.
Технический результат изобретения - выявление дефектов в виде мелких неровностей, в том числе мелких неровностей продольного направления, на внутренних поверхностях труб и определение размеров и мест расположения этих неровностей.
Указанный технический результат достигается в дефектоскопе для контроля внутренней поверхности труб, включающем корпус, привод продольного перемещения корпуса внутри обследуемой трубы, установленные в корпусе телевизионную камеру и кольцевую систему направленного излучения света, концентрически охватывающую объектив телевизионной камеры, монитор, связанный с телевизионной камерой, отражатель света, прикрепленный к корпусу на некотором расстоянии от телевизионной камеры, и средство записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами, при этом зеркальная поверхность отражателя света образована вращением кривой относительно оптической оси объектива телевизионной камеры и имеет вогнутую внутрь конусовидную форму, обеспечивающую концентрацию отраженных лучей света в виде узкого кольцевого пояса на внутренней поверхности обследуемой трубы.
В частном случае выполнения изобретения зеркальная поверхность отражателя света может быть образована вращением относительно оптической оси объектива телевизионной камеры кривой линии, которая является графиком функции y=ах2+bx+с, где коэффициенты а и b и свободный член с зависят от радиуса R основания зеркальной поверхности отражателя и величины расстояния L от главной плоскости объектива телевизионной камеры до упомянутого основания.
В другом частном случае выполнения изобретения зеркальная поверхность отражателя света может быть образована вращением относительно оптической оси объектива телевизионной камеры ломаной линии, состоящей из отрезков прямых линий, каждый из которых представляет касательную к кривой линии, являющейся графиком функции y=ах2+bx+с, где коэффициенты а и b и свободный член с зависят от радиуса R основания зеркальной поверхности отражателя и величины расстояния L от главной плоскости объектива телевизионной камеры до упомянутого основания.
В обоих указанных частных случаях кольцевая система направленного излучения света может состоять из расположенных по окружности светодиодов.
В обоих указанных частных случаях привод продольного перемещения корпуса дефектоскопа может быть выполнен в виде полой штанги и механически связанного с ней электродвигателя, а монитор и средство записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами могут быть связаны с телевизионной камерой посредством кабеля, проложенного в полости упомянутой штанги.
В обоих указанных частных случаях привод продольного перемещения корпуса может быть связан со средством записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами с возможностью определения размеров дефектов и мест их расположения по длине трубы. Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - схема дефектоскопа, общий вид;
Фиг.2 - вид образующей зеркальной поверхности отражателя в случае, когда она представляет кривую второго порядка;
Фиг.3 - то же, в случае, когда образующая представляет ломаную линию;
Фиг.4 - вид отражателя в продольном разрезе;
Фиг.5 - схематичное изображение на экране монитора вида участка внутренней поверхности трубы: а) эталонная труба и б) труба, имеющая углубление на внутренней поверхности.
Основной частью дефектоскопа (фиг.1) является корпус 1. Привод продольного перемещения корпуса 1 внутри обследуемой трубы 2 может быть выполнен в виде полой штанги 3 и механически связанного с ней электродвигателя 4. В корпусе 1 дефектоскопа строго по его оси установлена телевизионная камера 5. Концентрично по отношению к объективу 6 телевизионной камеры 5 в корпусе 1 расположена кольцевая система направленного излучения света, которая может состоять из расположенных по окружности вокруг объектива 6 и равноудаленных друг от друга светодиодов 7. Применение в качестве источников света светодиодов позволяет удешевить конструкцию системы излучения света и облегчает управление световым потоком. Снаружи обследуемой трубы 2 находятся монитор 8 и средство записи телевизионных сигналов и сравнения этих сигналов с эталонными сигналами, которое может быть выполнено в виде компьютера 9.
Телевизионная камера 5 связана с монитором 8 и компьютером 9 кабелем 10. Эти узлы составляют телевизионную систему дефектоскопа. Кабель 10 может быть проложен в полости полой штанги 3. Выполнение штанги полой не только снижает металлоемкость устройства, но и повышает надежность его работы, т.к. размещение кабеля 10 в полости защищает его от повреждений.
К корпусу 1 дефектоскопа на расстоянии L от главной плоскости объектива 6 телевизионной камеры 5 на кронштейнах 11 прикреплен отражатель света 12, зеркальная поверхность 13 которого образована вращением кривой относительно оптической оси объектива 6 телевизионной камеры 5 и имеет вогнутую внутрь конусообразную форму (иными словами, зеркальная поверхность 13 имеет вид конуса, обращенного вершиной к камере, с вогнутыми внутрь боковыми сторонами). Геометрическая ось отражателя света 12 совпадает с оптической осью объектива 6 телевизионной камеры 5.
Зеркальная поверхность 13 отражателя света 12 может быть, в частном случае выполнения изобретения, образована вращением кривой второго порядка относительно оптической оси объектива 6 телевизионной камеры 5 (см. фиг.2). Упомянутая кривая второго порядка является графиком функции y=ax2+bx+c, где коэффициенты а и b и свободный член с зависят от радиуса R основания зеркальной поверхности 13 отражателя света 12 и величины расстояния L от главной плоскости объектива 6 телевизионной камеры 5 до основания зеркальной поверхности.
В другом частном случае выполнения изобретения образующая зеркальной поверхности 13 отражателя света 12 может быть представлена в виде ломаной линии (т.е. кусочно-линейной кривой), состоящей из отрезков прямых линий (см. фиг.3). Каждый из этих отрезков представляет касательную к кривой y=ax2+bx+c в одной из ее точек. В этом случае зеркальная поверхность 13, полученная в результате вращения ломаной линии, состоит из ряда примыкающих друг к другу усеченных конусов. Отражатели с такой формой отражающей поверхности дешевле и проще в изготовлении, чем отражатели с отражательной поверхностью, полученной вращением плавной кривой.
На фиг.4 представлен в продольном разрезе отражатель света 12, зеркальная поверхность 13 которого построена с использованием образующей, определенной по формуле y=ax2+bx+c. В прилагаемой таблице представлены результаты расчетов по этой формуле применительно к обследованию труб, имеющих внутренний диаметр 62 мм.
В состав средства записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами входят блок памяти и блок принятия решения о выбраковке труб. В блоке памяти хранятся полученные по кабелю 10 от телевизионной камеры 5 и преобразованные в цифровую форму сигналы изображений эталонных труб различных типоразмеров. В качестве эталонных выбираются трубы с бездефектной внутренней поверхностью, имеющие точные номинальные размеры внутренних диаметров. Связанный с блоком памяти блок принятия решения о выбраковке труб может сравнивать сигналы, поступившие от телевизионной камеры 5 в процессе обследования трубы, с имеющимися в нем значениями эталонных сигналов и принимать решение о выбраковке трубы. Блок принятия решения о выбраковке трубы может быть связан с пультом управления звуковым и/или световым сигналом. Этот блок может быть также связан с приводами устройств, осуществляющих отвод отбракованной трубы из общего технологического потока.
В указанных выше частных случаях привод продольного перемещения корпуса 1 может быть связан со средством записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами для возможности определения размеров дефектов и мест их расположения по длине трубы.
Сигналы, характеризующие продольное перемещение полой штанги 3 с корпусом 1 в трубе 2, могут поступать в компьютер 9 от тахометра (на схеме не показан), который связан с электродвигателем 4, или непосредственно от фрикционного ролика 14, прижимаемого к наружной поверхности полой штанги 3. Наложение этих сигналов на сигналы, поступающие от телевизионной камеры 5, дает возможность определить и точно зафиксировать продольные размеры дефектов и их расположение по длине трубы.
Предлагаемое изобретение используется следующим образом. Дефектоскоп может быть установлен в технологической линии изготовления или ремонта труб. Конец обследуемой трубы 2 помещают напротив телевизионной камеры 5, причем геометрическая ось трубы 2 должна быть совмещена с оптической осью объектива 6 телевизионной камеры 5. При помощи полой штанги 3 корпус 1 с телевизионной камерой 5, системой направленного излучения света и отражателем света 12 вводят внутрь трубы 2. Включают телевизионную систему, кольцевую систему направленного излучения света и с помощью привода продольного перемещения продвигают корпус 1 к противоположному концу трубы 2. В процессе перемещения корпуса 1 в трубе 2 лучи кольцевой системы направленного излучения света, отражаясь зеркальной поверхностью 13 отражателя света 12, последовательно попадают на различные участки внутренней поверхности трубы 2. При этом форма зеркальной поверхности 13 отражателя света 12 и его положение относительно источника света обеспечивает концентрацию лучей на узком кольцевом поясе S внутренней поверхности трубы 2 (см. фиг.1). Вследствие такой концентрации генерированные телевизионной камерой 5 сигналы, поступая в монитор 8 по кабелю 10, точно воспроизводят на экране монитора 8 контур внутренней стенки трубы 2 в виде узкого светлого кольца W (см. фиг.5а и 5б). Поступая в компьютер 9, телевизионные сигналы преобразуются в цифровую форму и сравниваются с эталонными сигналами. На основании результатов сравнения вновь поступающих и эталонных сигналов компьютером 9 принимается решение о соответствии трубы 2 установленным нормам качества. В случае нарушения норм качества блок принятия решения формирует выбраковочный сигнал, направляемый на экран монитора 8 и на пульт управления технологического потока.
В соответствии с данным описанием был изготовлен опытный образец дефектоскопа, с помощью которого в производственных условиях обследовали в общей сложности 950 насосно-компрессорных труб длиной 10 м и наружным диаметром 73 мм, имеющих толщину стенки 5,5 мм. Опыт работы показал возможность выявления неровностей на внутренней поверхности труб величиной от 0,7 мм и выявления отклонений внутренних диаметров труб от номинальных значений от 2 мм.
Наименования узлов и деталей
1. Корпус дефектоскопа.
2. Обследуемая труба.
3. Полая штанга.
4. Электродвигатель.
5. Телевизионная камера.
6. Объектив телевизионной камеры.
7. Светодиоды системы направленного излучения света.
8. Монитор.
9. Компьютер.
10. Кабель.
11. Кронштейн крепления отражателя света.
12. Отражатель света.
13. Зеркальная поверхность отражателя света.
14. Фрикционный ролик.
Технический результат изобретения - выявление дефектов в виде мелких неровностей, в том числе мелких неровностей продольного направления, на внутренних поверхностях труб и определение размеров и мест расположения этих неровностей.
| Таблица | |
| Результаты расчета координат точек кривой y=ax2+bx+c | |
| X мм | Y мм |
| 0 | 1,65 |
| 1 | 2,02 |
| 2 | 2,39 |
| 3 | 2,78 |
| 4 | 3,18 |
| 5 | 3,6 |
| 6 | 4,03 |
| 7 | 4,47 |
| 8 | 4,93 |
| 9 | 5,4 |
| 10 | 5,89 |
| 11 | 6,4 |
| 12 | 6,92 |
| 13 | 7,46 |
| 14 | 8,03 |
| 15 | 8,62 |
| 16 | 9,23 |
| 17 | 9,86 |
| 18 | 10,52 |
| 19 | 11,22 |
| 20 | 11,94 |
| 21 | 12,71 |
| 22 | 13,51 |
| 23 | 14,37 |
| 24 | 15,27 |
| 25 | 16,24 |
| 26 | 17,3 |
| 27 | 18,44 |
| 28 | 19,72 |
| 29 | 21,18 |
| 30 | 22,91 |
| 31 | 25,2 |
1. Дефектоскоп для контроля внутренней поверхности труб, включающий корпус, привод продольного перемещения корпуса внутри обследуемой трубы, установленные в корпусе телевизионную камеру и кольцевую систему направленного излучения света, концентрически охватывающую объектив телевизионной камеры, монитор, связанный с телевизионной камерой, отражатель света, прикрепленный к корпусу, средство записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами, при этом геометрическая ось отражателя света совпадает с оптической осью объектива телевизионной камеры, а зеркальная поверхность отражателя света образована вращением кривой линии относительно оптической оси объектива телевизионной камеры и имеет вогнутую внутрь отражателя конусовидную форму, причем форма зеркальной поверхности отражателя и его положение относительно системы излучения света обеспечивают концентрацию отраженных лучей света в виде узкого кольцевого пояса на внутренней поверхности обследуемой трубы.
2. Дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что зеркальная поверхность отражателя света, имеющего основание, образована вращением кривой линии, которая является графиком функции у=ах2+bx+с, где коэффициенты а и b и свободный член с зависят от величины радиуса R основания отражателя и величины расстояния L от главной плоскости объектива телевизионной камеры до упомянутого основания.
3. Дефектоскоп по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевая система направленного излучения света состоит из расположенных по окружности светодиодов.
4. Дефектоскоп по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что привод продольного перемещения корпуса дефектоскопа выполнен в виде полой штанги и механически связанного с ней электродвигателя, а монитор и средство записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами связаны с телевизионной камерой посредством кабеля, проложенного в полости упомянутой штанги.
5. Дефектоскоп по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что привод продольного перемещения корпуса связан со средством записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами с возможностью определения размеров дефектов и мест их расположения по длине трубы.
6. Дефектоскоп для контроля внутренней поверхности труб, включающий корпус, привод продольного перемещения корпуса внутри обследуемой трубы, установленные в корпусе телевизионную камеру и кольцевую систему направленного излучения света, концентрически охватывающую объектив телевизионной камеры, монитор, связанный с телевизионной камерой, отражатель света, прикрепленный к корпусу, средство записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами, при этом геометрическая ось отражателя света совпадает с оптической осью объектива телевизионной камеры, а зеркальная поверхность отражателя света образована вращением относительно оптической оси объектива ломаной линии, состоящей из отрезков прямых линий, и имеет вогнутую внутрь отражателя конусовидную форму, причем форма зеркальной поверхности отражателя и его положение относительно системы излучения света обеспечивают концентрацию отраженных лучей света в виде узкого кольцевого пояса на внутренней поверхности обследуемой трубы.
7. Дефектоскоп по п.6, отличающийся тем, что зеркальная поверхность отражателя света, имеющего основание, образована вращением ломаной линии, состоящей из отрезков прямых линий, каждый из которых представляет касательную к кривой линии, являющейся графиком функции y=ах2+bx+с, где коэффициенты а и b и свободный член с зависят от величины радиуса R основания отражателя и величины расстояния L от главной плоскости объектива телевизионной камеры до упомянутого основания.
8. Дефектоскоп по любому из пп.6 или 7, отличающийся тем, что кольцевая система направленного излучения света состоит из расположенных по окружности светодиодов.
9. Дефектоскоп по любому из пп.6 или 7, отличающийся тем, что привод продольного перемещения корпуса дефектоскопа выполнен в виде полой штанги и механически связанного с ней электродвигателя, а монитор и средство записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами связаны с телевизионной камерой посредством кабеля, проложенного в полости упомянутой штанги.
10. Дефектоскоп по любому из пп.6 или 7, отличающийся тем, что привод продольного перемещения корпуса связан со средством записи телевизионных сигналов и их сравнения с эталонными сигналами с возможностью определения размеров дефектов и мест их расположения по длине трубы.
