Устройство для диагностики состояния внутренней поверхности труб

Авторы патента:

Сазонникова Надежда Александровна (RU)

G01B11/24 - для измерения контуров или кривых

Владельцы патента RU 2528033:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Устройство относится к измерительной технике и может быть применено для выявления повреждений внутренней поверхности длинномерных труб и определения формы их поперечного сечения. Данное устройство позволяет повысить точность выявления поверхностных дефектов с одновременным обеспечением возможности определения формы поперечного сечения трубы. Предложенное устройство для диагностики состояния внутренней поверхности трубы включает в себя измерительный блок, который содержит источники освещения контролируемой внутренней поверхности, в качестве которых выступают четыре полупроводниковых лазера, корпус измерительного блока, который подключен к блоку регистрации и обработки информации, измерительный блок имеет возможность перемещения внутри трубы. При этом четыре полупроводниковых лазера выполнены с возможностью регистрации электрического сигнала на p-n-переходе при попадании в резонатор лазера излучения, отраженного от внутренней поверхности трубопровода. 2 ил.

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики состояния внутренней поверхности труб.

Известен дефектоскоп для контроля внутренней поверхности труб (Патент РФ 2379674, МПК G01N 29/04, опубл. 20.01.2010 г.), который содержит датчики визуального определения состояния внутренней поверхности трубопровода, установленные на кольцевом основании со смещенным центром тяжести в зазоре между двумя полусферами и на полом осевом окончании элемента гибкой связи перед несущим корпусом по ходу движения устройства, а датчики для определения пройденного пути установлены на полой оси, жестко связанной с кольцевым основанием со смещенным центром тяжести, с возможностью постоянной ориентации по направлению действия сил гравитации в задней части устройства.

Однако данное устройство не обеспечивает возможности выявления мелких дефектов поверхности и чувствительно к изменению температуры среды в процессе измерений.

Известно также устройство для обследования и диагностики трубопроводов (Патент РФ 2352921, МПК G01N 21/954, опубл. 20.09.2008 г.). Данный 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 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 тем, что дефектоскоп для контроля внутренней поверхности труб включает 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. Данное устройство также чувствительно к изменениям температуры среды в процессе измерений.

Известен также оптический дефектоскоп для контроля внутренней поверхности жидкостных трубопроводов, который содержит измерительный блок, включающий лазерный излучатель и фотоприемник, расположенный в ходе лучей зеркально отраженного светового потока, которые помещены в корпус, состоящий из двух частей, соединенных герметично одетой цилиндрической обечайкой, имеющей четное количество оптически прозрачных окон с перемычками меньшей величины и имеющей возможность поворота на угол φ=π/2n, где n - количество прозрачных окон, а между излучателем и фотоприемником установлен уголковый отражатель с возможностью вращения (Патент РФ2150690, МПК G01N 21/954, опубл. 10.06.2000 г.).

Однако данное устройство не обеспечивает высокой производительности дефектоскопии и не обеспечивает высокую точность дефектоскопии в сложных температурных условиях с одновременным определением формы поперечного сечения.

Наиболее близким к данному устройству является устройство для осуществления способа контроля внутренней поверхности дымовой трубы (Патент РФ 2152065б, МПК G02B 23/24, A61B 1/04, G01B 11/24, опубликовано 27.06.2000 г.), в котором источник подсветки выполнен из полупроводниковых лазеров, а конический отражатель выполнен из полупроводниковых лазеров, а конический отражатель выполнен в виде элементов системы отражателей, причем каждый из полупроводниковых лазеров расположен на одинаковом расстоянии от продольной оси трубы в одной поперечной плоскости с возможностью направления лазерного пучка на один из элементов системы отражателей посредством линз для формирования лазерного пучка, установленных между полупроводниковыми лазерами и соответствующими элементами системы отражателей.

Однако данное устройство имеет сложную оптическую систему с линзами и коническим отражателем для формирования кольцевого изображения и систему регистрации изображения.

Поставлена задача повышения точности выявления дефектов за счет исключения влияния температуры на результаты измерений с одновременным определением формы поперечного сечения трубы.

Данная задача решается за счет того, что в устройстве для диагностики состояния внутренней поверхности труб, содержащем измерительный блок, согласно изобретению измерительный блок содержит четыре полупроводниковых лазера, расположенные в корпусе, измерительный блок подключен к электродвигателю для перемещения его внутри трубы, корпус измерительного блока снабжен тремя опорами с пружинами, обеспечивающими его устойчивое положение, и подключен к блоку регистрации и обработки информации, а с помощью кабеля - с катушкой, по углу поворота которой осуществляется отсчет перемещений.

Устройство поясняется чертежами, где:

На фиг.1 изображена схема устройства,

на фиг.2 - расположение полупроводниковых лазеров в измерительном блоке и принцип измерения формы поперечного сечения трубопровода.

Устройство для диагностики состояния внутренней поверхности трубы состоит из измерительного блока 1, содержащего четыре полупроводниковых лазера 2, расположенных в корпусе измерительного блока 1, электродвигателя 3 для перемещения измерительного блока внутри трубопровода 4, трех опор 5 с пружинами 6 для обеспечения устойчивого положения прибора и перемещения внутри трубопровода 4, кабеля 7 для связи с блоком регистрации и обработки информации (на чертеже не показаны) и катушки 8.

Устройство работает следующим образом. В трубопроводе 4 помещается измерительный блок 1, содержащий четыре полупроводниковых лазера 2 и электродвигатель 3 для перемещения измерительного блока внутри трубы 4. Корпус измерительного блока снабжен тремя опорами 5 с пружинами 6, обеспечивающими устойчивое положение прибора и перемещение внутри трубопровода. Прибор соединен кабелем 7 с блоком регистрации обработки информации. Перед началом измерений кабель намотан на катушку 8. По углу поворота катушки 8 производится отсчет перемещения прибора внутри трубы 4. При перемещении измерительного блока 1 вдоль оси трубопровода 4 с помощью электродвигателя 3 излучение полупроводникового лазера 2 отражается от внутренней поверхности трубопровода 4 и вновь попадает в резонатор полупроводникового лазера, вызывая обратный сигнал, который изменяет напряжение на p-n-переходе. В измерительном блоке 1 регистрируются величины напряжений на p-n-переходе каждого из четырех полупроводниковых лазеров. Наличие дефектов в конкретной точке измерения определяется путем сравнения величины зарегистрированного сигнала с величиной, соответствующей бездефектной поверхности. Если эта разность превышает пороговую величину, принимается решение о наличии дефекта. Отсчет координат для определения места расположения дефектов ведется по углу поворота катушки 8.

Устройство позволяет определять форму сечения трубы следующим образом (фиг.2). Проводится измерение величины сигналов в диаметрально противоположных точках сечения, последующее их суммирование и сопоставление с результатом в перпендикулярном направлении, при этом измеряемой величиной являются оптоэлектронные сигналы обратной связи в каждом из четырех полупроводниковых лазеров.

Принцип действия прибора основан на использовании явления обратной связи в полупроводниковых лазерах, т.е. регистрации электрического сигнала на p-n-переходе при попадании в резонатор лазера излучения, отраженного от внешней поверхности.

Форма поперечного сечения трубы определяется следующим образом. Полупроводниковый лазер 2 состоит из четырех полупроводниковых лазеров 9, 10, 11 и 12 (фиг. 2), расположенных в измерительном блоке 1. Излучение полупроводникового лазера 9 направляется на внутреннюю поверхность трубопровода 4. Отраженное поверхностью излучение попадает в резонатор лазера 9, что приводит к изменению электрического сигнала на его p-n-переходе. Полученный результат суммируется с сигналом, зарегистрированным на p-n-переходе лазера 10. Это позволяет определить диаметр А. Аналогично определяется диаметр В при зондировании внутренней поверхности трубы полупроводниковыми лазерами 11 и 12. Полученные сигналы передаются в блок обработки информации с помощью кабеля 7.

Выявление повреждений поверхности основано на регистрации отраженного поверхностью излучения, измеряемой величиной является изменение напряжения на p-n-переходе полупроводникового лазера вследствие взаимодействия отраженного излучения с собственным излучением лазера.

Устройство для диагностики состояния внутренней поверхности труб, содержащее измерительный блок, который содержит источники освещения контролируемой внутренней поверхности, в качестве которых выступают четыре полупроводниковых лазера, корпус измерительного блока, который подключен к блоку регистрации и обработки информации, измерительный блок имеет возможность перемещения внутри трубы, отличающееся тем, что четыре полупроводниковых лазера выполнены с возможностью регистрации электрического сигнала на p-n переходе при попадании в резонатор лазера излучения, отраженного от внутренней поверхности трубопровода.

Изобретение относится к бесконтактным методам получения больших объемов информации для создания детальных трехмерных цифровых и графических моделей, как сложно профильных изделий, так и объемных конструкций.

Система и способ трехмерного измерения формы материальных объектов // 2521725

Система содержит световой проектор для проецирования на поверхность объекта картины структурированного света, устройство съемки изображения упомянутой картины и вычислительное устройство для определения формы объекта.

Лазерное устройство для проведения измерений с повышенной точностью // 2506538

Изобретение относится к устройствам измерений с использованием бесконтактных оптических устройств на основе лазеров и триангуляционных датчиков. Устройство содержит импульсный лазер, триангуляционные датчики, один из которых является основным и управляет лазером и остальными датчиками, и устройство для обеспечения сетевого взаимодействия.

Получение топографии объектов, имеющих произвольную геометрическую форму // 2502953

Способ для позиционирования объекта, топографию поверхности которого получают на сенсорной системе, имеющей комплект двигателей для вращения объекта вокруг оси двигателя, перпендикулярной оптической оси сенсорной системы, и для перемещения объекта в направлениях X, Y и Z, содержит этапы: определяют позицию оси двигателя относительно базовой позиции в базовой системе координат; позиционируют сенсорную систему и/или объект в желаемой позиции и получают рельефную карту области в зоне обзора сенсорной системы; рассчитывают нормаль, отображающую топографию рельефной карты области; определяют угловое расхождение между нормалью и оптической осью сенсорной системы и сопоставляют его с пороговым углом для определения того, перпендикулярна ли поверхность области оси сенсорной системы.

Устройство и способ измерения профиля железнодорожного колеса // 2500561

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для бесконтактного измерения профиля железнодорожных колес с помощью мобильных лазерных триангуляционных датчиков.

Автоколлимационное теневое устройство // 2497165

Устройство может быть использовано для контроля формы поверхностей оптических деталей, а также для измерения неоднородностей оптических материалов. Устройство содержит осветитель, конденсор, задающий и анализирующий пространственные фильтры, приемно-регистрирующее устройство.

Способ распознавания трехмерной формы объектов // 2491503

Стереоскопическая измерительная система и способ // 2479828

Изобретение относится к области стереоскопии для получения трехмерной информации об объекте на основе пары двумерных изображений этого объекта. .

Устройство и способ измерения параметров резьбы // 2477453

Устройство для измерения физических параметров прозрачных объектов // 2475701

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного оптического измерения физических параметров прозрачных объектов, как-то профиля, толщины стенки.

Анализ поверхности для обнаружения закрытых отверстий и устройство // 2532616

Способ анализа поверхности подлежащих открыванию по меньшей мере частично закрытых отверстий конструктивного элемента после нанесения покрытия, в котором конструктивный элемент измеряют с незакрытыми отверстиями в состоянии без покрытия и генерируют модель маски с помощью измерения посредством лазерной триангуляции. Модель содержит по меньшей мере положение отверстий и ориентацию их продольных осей. Выполняют измерение с помощью лазерной триангуляции снабженного покрытием конструктивного элемента и закрытых за счет этого по меньшей мере частично отверстий. Созданный так комплект данных представляет модель покрытия. Модель маски сравнивают с моделью покрытия для обеспечения возможности обнаружения закрытых отверстий. Наилучшее возможное соответствие модели маски и модели покрытия определяют посредством итерации. Технический результат - обеспечение определения положения и ориентации осей отверстий после нанесения покрытия. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Оптическое считывание положения и/или формы // 2541139

Раскрыты измерительные способ и устройство для считывания формы с помощью многожильного волокна. Изменение оптической длины выявляется в некоторых из жил многожильного волокна до некоторой точки на многожильном волокне. Местоположение и/или направление наведения определяются в точке на многожильном волокне на основании обнаруженных изменений оптической длины. Точность определенного местоположения является лучшей, чем 0,5% оптической длины многожильного волокна до точки на многожильном волокне. Технический результат - определение формы участка многожильного волокна на основании изменений оптической длины. 3 н. и 38 з.п. ф-лы, 40 ил.

Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава // 2550380

Изобретение относится к способу для дистанционного контроля профиля поверхности катания колеса железнодорожного состава. В указанном способе измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава освещают поверхность колеса лазерными лучами и измеряют параметры рассеянного света, однозначно отображающие динамические параметры колеса, одновременно измеряют локальные линейные скорости в двух точках на разных известных расстояниях от рельса. Мгновенную угловую скорость находят как отношение разности измеренных локальных скоростей к расстоянию, равному разности расстояний от этих точек до поверхности рельса. Мгновенный радиус вращения находят как отношение локальной скорости движения оси колеса в направлении, параллельном рельсу, к мгновенной угловой скорости. В свете, рассеянном поверхностью катания, измеряют и регистрируют доплеровские сдвиги частоты по всей траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания. Профиль поверхности катания получают как произведение радиуса круга катания колеса на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания, нормированный на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке, соответствующей радиусу круга катания. Технический результат - повышение точности измерения профиля поверхности катания колес движущегося железнодорожного состава. 3 ил.

Получение пространственных топографических изображений следов от инструмента с использованием нелинейного фотометрического стерео способа // 2557674

Описаны способ и система формирования пространственного изображения, в общем, для металлических поверхностей с зеркальной характеристикой и, в частности, для баллистических улик, при этом используют фотометрическое стерео путем определения и решения множества систем нелинейных уравнений, содержащих диффузный член и зеркальный член, с тем, чтобы определить поле N(x, y) векторов нормалей к поверхности и использовать N(x, y) для определения пространственной топографии Z(x, y). 3 н. и 17 з. п. ф-лы,9 ил.

Способ регистрации сечения профиля тоннеля и устройство для его осуществления // 2570835

Изобретение относится к оптико-электронным приборам и может быть использовано для измерения профиля тоннелей. Согласно способу, формируют узкий световой пучок с помощью блока подсветки, направляют его на поверхность тоннеля с помощью зеркала, наклоненного к оси тоннеля и принадлежащего блоку подсветки, формируют сечение профиля тоннеля в виде последовательно подсвеченных за счет вращения указанного зеркала участков, регистрируют их изображения видеокамерой и направляют оптическую ось видеокамеры в центр кольцевой зоны изменения радиуса тоннеля с помощью зеркала, принадлежащего видеокамере. Видеокамеру с ее зеркалом вращают вокруг оси тоннеля синхронно с вращением зеркала блока подсветки. Далее сопоставляют изображения участков с участками эталонного профиля и выявляют изменения радиуса сечения профиля. Угол наклона оптической оси видеокамеры к оси тоннеля определяют по формуле где R - радиус сечения эталонного профиля тоннеля; ΔR - ширина кольцевой зоны изменения радиуса сечения профиля тоннеля; b - расстояние между зеркалом блока подсветки и зеркалом видеокамеры вдоль оси тоннеля; φ1 - угол наклона зеркала блока подсветки к оси тоннеля. Технический результат - уменьшение погрешности измерения радиуса сечения профиля. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Электронный блок сенсорного управления координатным станком // 2571669

Изобретение относится к области сенсорного управления координатными станками и может выполнять роль устройства защиты оператора и устройства автоматического отслеживания правильности исполнения программы обработки изделия. Устройство содержит инфракрасную сенсорную рамку, блок обработки информации, связанный с блоком обмена данными, выполненным с возможностью подключения к компьютеру станка, а также блок визуализации в виде цифрового проектора. При этом упомянутая рамка выполнена с прямоугольным контуром с возможностью размещения на поверхности рабочего стола станка и включает в себя линейки инфракрасных светодиодов и противолежащих им инфракрасных фотодатчиков. Изобретение позволяет создать сенсорный интерфейс разработки программ обработки изделия и управления координатным станком, а также упростить и создать более безопасные условия работы оператора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения координат скрытых контрольных точек при измерении отклонений от круговой формы сечений корпусов цилиндрических вставок судов или подводных лодок // 2575593

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении отклонений округлости сечений крупногабаритных тел вращения. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений округлости и снижение трудоемкости измерительного процесса. Указанный технический результат достигается при измерении отклонений от круговой формы сечений корпусов цилиндрических вставок судов или подводных лодок, при котором размечают на внутренней поверхности обшивки корпуса контрольные точки в плоскости каждого контролируемого сечения и устанавливают на них отражатели, а внутри корпуса размещают измерительное устройство типа лазерного тахеометра. Сканируют контрольные точки, координаты контрольных точек передают на компьютер, который накапливает результаты замеров, затем последовательно перебазируют измерительное устройство относительно координат корпуса для дальнейшего сканирования всего массива контрольных точек сечений. Повышение точности и достоверности измерения отклонения от круговой формы корпусных конструкций обеспечивается охватом полного массива координат точек разметки без их пропусков и применением высокоточного лазерного инструмента с погрешностью измерения не более ±0,3 мм. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

Система управления степенью производимого монтажа в судовом плавучем доке // 2581103

Изобретение относится к области судостроения и касается, в частности, монтажа блоков остова корабля в судовом плавучем доке. Предложена система управления степенью проведения монтажа в судовом плавучем доке, которая включает в себя: узел наблюдения, включающий в себя датчик осадки, расположенный в доке и измеряющий степень изгибания днища дока, и узел фотографирования, расположенный снаружи дока и измеряющий состояние боковых стенок дока; узел измерения, который размещается в доке и измеряет состояние блоков остова корабля, смонтированных в доке, в реальном времени; узел управления степенью монтажа, который размещается в доке и управляет степенью проведения монтажа в доке, которая изменяется согласно воздействию блоков остова корабля, смонтированных в доке; и контроллер, который анализирует текущую ситуацию дока и текущую ситуацию степени монтажа на основе информации, измеренной посредством узла наблюдения и узла измерения, и управляет узлом управления степенью монтажа, чтобы управлять степенью проведения монтажа в доке согласно результату анализа. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения монтажных работ в судовом плавучем доке. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ определения величины и направления отклонения наружного контура днища резервуара вертикального цилиндрического от горизонтали // 2590342

Изобретение относится к области геодезического контроля резервуаров вертикальных цилиндрических стальных и может быть использовано при поверке стальных и железобетонных резервуаров вертикальных цилиндрических, предназначенных для хранения и проведения торговых операций с нефтью, нефтепродуктами и прочими жидкостями. В заявленном способе определения величины и направления отклонения наружного контура днища резервуара вертикального цилиндрического от горизонтали геодезическим методом по нижнему периметру вышеупомянутого резервуара производят сканирование по нижнему периметру внешней поверхности стенки и наружного контура днища резервуара при помощи наземного лазерного сканера с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 0,5 до 5 см. Определяют пространственные координаты по осям X, Y, Z точек отражения лазерного луча от поверхности резервуара в условной системе координат, далее выполняют регистрацию сканов между собой, производят обработку цифровых данных результатов наземного лазерного сканирования, производят построение цифровой точечной трехмерной (3D) модели нижнего пояса внешней боковой поверхности стенки и наружного контура днища вышеупомянутого резервуара. Моделируют проектную цифровую трехмерную (3D) модель наружного контура днища резервуара, используя их проектные значения, совмещают ее с полученной фактической цифровой векторной трехмерной (3D) моделью наружного контура днища резервуара, в автоматическом режиме определяют расхождения между фактическими и проектными значениями, получают величины отклонения от проектной формы контура днища вышеупомянутого резервуара. Технический результат - повышение точности и достоверности определения величины и направления отклонения наружного контура днища резервуара вертикального цилиндрического методом наземного лазерного сканирования. 2 ил.

Способ и устройство для измерения центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке // 2593425

Изобретение относится к измерению центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке. Кабель (28), образованный токопроводящей жилой с ее изоляционной оболочкой, перемещают в направлении (14) подачи. В плоскости индуктивного измерения положение жилы определяют посредством индуктивного измерительного устройства. В первой плоскости оптического измерения, лежащей в направлении (14) подачи кабеля (28) перед плоскостью индуктивного измерения, его положение определяют посредством первого оптического измерительного устройства (16). Во второй плоскости оптического измерения, лежащей в направлении (14) подачи кабеля (28) за плоскостью индуктивного измерения, его положение определяют посредством второго оптического измерительного устройства (18). Указанные положения кабеля (28) соотносят так, что получают положение кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения и определяют центричность токопроводящей жилы в изоляционной оболочке из указанного полученного положения кабеля (28) в плоскости индуктивного измерения и из положения токопроводящей жилы, определенного в плоскости индуктивного измерения. При этом в первой плоскости оптического измерения и/или во второй плоскости оптического измерения проводят оптическое измерение с таким пространственным разрешением, что идентифицируют наклонное положение и/или изгиб кабеля (28) относительно направления (14) подачи, учитывают это при определении центричности токопроводящей жилы в изоляционной оболочке. Технический результат - повышение точности измерений. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.