Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления



Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления
Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2537520:

Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе результатов теплового контроля при нагружении изделий статической или динамической нагрузкой. Способ включает регистрацию пространственной термограммы объекта контроля и ее обработку для обнаружения дефектов. Одновременно с регистрацией пространственной термограммы осуществляют регистрацию видеоизображения объекта контроля для уточнения его местоположения. Устройства регистрации термограмм и регистрации видеоизображения располагают перед объектом контроля с возможностью совмещения полей обзора объекта контроля. Видеоизображение объекта контроля регистрируют в тех же пространственных координатах, что и термограмму. Строят матрицу совмещенной термограммы и осуществляют обработку ее элементов для получения информации о состоянии объекта. Система включает устройство регистрации термограмм, устройство регистрации видеоизображения, блок визуализации и обработки термограмм, коммутатор, счетчик сигналов, инвертор сигналов, первый и второй сумматоры, пороговое устройство и блок формирования матрицы сигналов. Технический результат заключается в повышении достоверности обнаружения локальных участков пониженной прочности, повышении достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из ПКМ. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ), на основе результатов теплового контроля при нагружении изделий статической или динамической нагрузкой.

Изобретение может быть использовано для контроля надежности сложных пространственных конструкций из ПКМ как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации: пространственных сетчатых конструкций: отсеков космических аппаратов, ракетных двигателей, трубопроводов, герметичных сосудов и т.п. Особенно эффективно применение изобретения при испытании потенциально опасных и дорогих в изготовлении конструкций, к которым, с одной стороны, предъявляются высокие требования по надежности эксплуатации, а с другой стороны, они являются достаточно дорогими и трудоемкими в изготовлении для того, чтобы достаточно большое количество конструкций можно было испытать методами разрушающего контроля, т.е. разрушить. При этом требуется определить потенциально опасные места (узлы конструкции), которые в первую очередь могут разрушиться (вследствие наличия дефектов, пониженной прочности или других причин) при нагрузках, что может привести к авариям и которые, возможно, необходимо укреплять.

Уровень техники

Перспективным направлением в современной технике является использование полимерных композиционных материалов, обладающих рядом преимуществ перед традиционными материалами - металлами, особенно в авиакосмических отраслях техники, машиностроении, энергетике и др. Такие материалы требуют особого подхода, новых решений при разработке и создании методов и средств оценки надежности их эксплуатации. Это вызвано большим разнообразием видов таких материалов, специфическими особенностями конструкций из них и технологией изготовления и случайным изменением физико-механических и прочностных характеристик, большим разнообразием типов дефектов, возникающих в процессе изготовления.

Кроме того, эти материалы в большинстве отраслей промышленности работают в условиях статических и динамических нагрузок.

Повысить качество конструкций невозможно без достоверной оценки критериев качества. Соответственно, невозможна разработка мероприятий и технологий по повышению качества конструкций. Одним из признаков качества конструкций является наличие концентраторов напряжений, которые, как правило, образуются в местах пониженной прочности, либо в материале, имеющем нарушения сплошности.

Учитывая, что такие конструкции являются, как правило, достаточно дорогими как в стоимостном выражении, так и в трудоемкости изготовления, необходимо, с одной стороны, каждую конструкцию подвергать испытанию на предмет соответствия ее прочностных характеристик требуемым, а с другой стороны, эти испытания должны минимально «травмировать» конструкцию при максимальной информативности результатов испытаний.

Износ основных фондов и технического оборудования, снижение качества материала и другие подобные причины приводит к снижению надежности эксплуатации конструкций из ПКМ.

Например, усталость ПКМ, особенности технологии их изготовления и т.п. приводят к возникновению остаточных внутренних напряжений, которые вызывают нарушение сплошности и, в конечном итоге, приводят к разрушению материала и конструкции. Это явление широко описано в литературе. В последнее время принят ряд программ, направленных на исправление ситуации: модернизация производств, повышение качества материалов и др. Однако полное решение данных задач в настоящее время затруднено по финансовым причинам.

В этой связи большое значение приобретают неразрушающие методы контроля и диагностики таких конструкций. Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценить надежность их эксплуатации и дать рекомендации по ее ремонту или восстановлению.

Известен способ определения остаточных напряжений в пластинах (авт. св. СССР №1543259), согласно которому объект контроля освещают когерентным светом, записывают голограмму поверхности, удаляют часть материала, создают локальную зону деформаций путем точечной нагрузки в зоне перемещений, вызванных удалением материала, записывают голограмму поверхности вторично. Величину и знак остаточных напряжений определяют по числу интерференционных полос и их искажению. Этот способ применим исключительно для плоских деталей, сопряжен с разрушением материала и используется для научных исследований в лабораториях.

Известен способ определения остаточных напряжений по патенту РФ №2032162, согласно которому в испытуемый материал статически вдавливают пирамидальный индентор до образования отпечатка с развивающимися хрупкими трещинами, измеряют усилие и параметры трещины, оценивают топологию трещин, определяют равновесное и эффективное значения вязкости разрушения, а величину остаточных напряжений рассчитывают по известным соотношениям с учетом линейных размеров действительного зерна в покрытии.

Способ сложен в осуществлении и применим только в лабораторных целях.

Известен также способ неразрушающего контроля физико-механических свойств полимерного материала или конструкции из полимерного материала: патент BY 10472. Он основан на силовом воздействии на материал и анализе реакции материала. Недостаток данного способа аналогичен недостаткам способа по предыдущему патенту.

Наиболее близкими к способу и системе по изобретению являются способ теплового контроля остаточных напряжений и дефектов конструкций и реализующая его система (патент РФ №2383009). Известное техническое решение позволяет осуществить тепловой контроль надежности конструкций. Известный способ включает силовое воздействие на контролируемое изделие и регистрацию температурного поля, по анализу которого судят о состоянии изделия. Система включает устройство регистрации термограммы, блок визуализации и устройство обработки.

Недостаток известного технического решения заключается в следующем.

При регистрации температурного поля в поле зрения регистрирующей термографической (тепловизионной) системы попадают температурные поля, принадлежащие как контролируемому изделию, так и посторонним предметам. Если контролируемое изделие «занимает» все поле обзора регистрирующей системы, это обстоятельство не является критичным. Когда контролируемое изделие представляет собой сложную пространственную конструкцию (например, сетчатую), регистрируемое температурное поле будет принадлежать как изделию (сетке), так и области, расположенной между элементами сетки. Это значительно затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным достоверную интерпретацию результатов, в т.ч. обнаружение и распознавание дефектов.

Поэтому данное техническое решение применимо только для контроля ограниченной номенклатуры изделий.

На сегодняшний день имеется актуальная потребность в создании способа и устройства диагностики технического состояния реальных сложных пространственных конструкций, который может применяться на практике для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования.

Принципиально подход к решению задач определения и локализации областей концентрации внутренних напряжений и вызванных ими дефектов типа нарушений сплошности (например, трещин) стал возможен с развитием средств диагностики, основанных на регистрации и анализе температурных полей поверхности контролируемой конструкции. Наиболее значимые результаты появились в последнее десятилетие.

Это связано с появлением современной портативной тепловизионной техники, например, см. О.Н. Будадин и др., Тепловой неразрушающий контроль изделий, М., Наука, 2002, стр.338-393, во-вторых, с созданием современного математического аппарата (там же, стр.39-89), позволяющего решать прямые и обратные задачи нестационарной теплопередачи, что дало возможность перехода от дефектоскопии (обнаружения дефектов) к дефектометрии (распознавания внутренних дефектов, определения их характеристик и оценки остаточного ресурса изделий).

Имеются неоднократные попытки решить эту проблему с помощью дефектоскопии различными методами - ультразвуковым, радиоволновым и т.п. Однако это не приводило к желаемым результатам. Это связано с рядом причин.

1. Как правило, методы дефектоскопии позволяют обнаруживать макродефекты, в то время как нарушения снижение прочности может быть обусловлено, как правило, в основном, микродефектами (микротрещины, микропоры и т.п.), но и рядом других факторов, которые не поддаются обнаружению методами дефектоскопии: нарушением состава материала в процессе приложения силовых нагрузок, нарушением технологии изготовления и т.п.

2. Микродефекты, которые обуславливают снижение надежности, в основном, образуются в процессе нагружения контролируемой конструкции какими-либо нагрузками (силовыми статическими или динамическими, внутренним давлением для баллонов и др.), а методы дефектоскопии, в основном, не позволяют проводить неразрушающий контроль в процессе нагружения конструкций. Кроме того, это опасно с точки зрения техники безопасности, т.к. для проведения дефектоскопии конструкций около нее должен находиться оператор - дефектоскопист.

3. При контроле сложных пространственных структур либо объектов, которые занимали не все поле обзора регистрирующей системы, наряду с информативными температурными полями регистрировались температурные помехи, которые значительно снижали достоверность результатов контроля.

Сущность изобретения

Изобретение направлено на решение задачи повышения достоверности контроля технического состояния сложных конструкций и их элементов, в т.ч. из ПКМ, в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации, в т.ч. в условиях нагрузки, определении участков пониженной прочности, дефектных участков (участков, не соответствующих нормативным документам), разработке рекомендаций для устранения дефектов или восстановления конструкции.

Т.е. в конечном итоге изобретение направлено на повышение безопасности эксплуатации сложных потенциально опасных конструкций, находящихся под непрерывными или циклическими нагрузками (механическими, внутренним давлением и др.).

Технический результат, достигаемый при использовании заявленной группы, заключается в повышении достоверности обнаружения локальных участков пониженной прочности, повышении достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из ПКМ.

Технический результат достигается за счет того, что в способе теплового контроля, включающем регистрацию пространственной термограммы Tmn объекта контроля и ее обработку для обнаружения дефектов, где Т - значение температуры, m, n - целочисленные координаты зарегистрированных значений температуры, одновременную с регистрацией пространственной термограммы осуществляют регистрацию видеоизображения объекта контроля для уточнения его местоположения,

при этом устройство регистрации термограмм и устройство регистрации видеоизображения располагают перед объектом контроля с возможностью совмещения полей обзора объекта контроля,

видеоизображение объекта контроля регистрируют в тех же пространственных координатах, что и термограмму,

электрические сигналы матрицы видеоизображения Vij, где V - величина электрического сигнала элемента матрицы видеоизображения, i=1…I, j=1…J, i, j - целочисленные координаты матрицы электрических сигналов видеоизображения, I, J - максимальное значение величин i, j, попарно вычитаются следующим образом:

V1ij=|V(i+1)j-Vij| (i=1…I, j=1…J),

каждое полученное абсолютное значение матрицы V1ij сравниваются с пороговым сигналом Vпор, и образуют матрицу электрических сигналов:

далее формируют матрицу электрических сигналов совмещенной термограммы:

и осуществляют обработку ее элементов для получения информации о состоянии объекта.

Погрешность совмещения полей обзора задают перед проведением контроля из условия обеспечения необходимой достоверности результатов контроля, при этом она не должна превышать величины «n» от размеров минимального элемента конструкции контролируемого объекта, где n=0…1.

Величину Vпор принимают равной (V1ij)средн или 0,67×(V1ij)средн, где (V1ij)средн - среднее значение абсолютных значений сигналов, полученных попарным вычитанием.

Данный метод контроля осуществляется в процессе силового нагружения контролируемого изделия.

Технический результат в части системы обеспечивается тем, что система включает устройство регистрации термограмм, устройство регистрации видеоизображения, блок визуализации и обработки термограмм, коммутатор, счетчик сигналов, инвертор сигналов, первый и второй сумматоры, пороговое устройство и блок формирования матрицы сигналов, при этом устройство регистрации термограмм и устройство регистрации видеоизображения установлены с возможностью совмещения полей обзора объекта контроля, выход устройства регистрации термограмм подключен к первому входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу блока визуализации и обработки термограмм, второй вход которого соединен с устройством регистрации видеоизображения, его выход подключен к входу коммутатора, выход коммутатора связан со счетчиком сигналов, первый выход которого соединен со входом инвертора сигналов, а второй выход - с первым входом второго сумматора, ко второму входу второго сумматора подключен инвертор сигналов, а выход второго сумматора через пороговое устройство соединен с блоком формирования матрицы сигналов, выход которого связан со вторым входом первого сумматора.

Устройство регистрации термограмм представляет собой термограф.

Устройство регистрации видеоизображения выполнено в виде цифровой видеокамеры.

Краткое описание фигур чертежей

Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где на:

фиг.1 приведена фотография сложной пространственной конструкции из ПКМ.

фиг.2 приведены фотографии элементов и микрошлифов сложной пространственной конструкции с реальными дефектами: макродефектами типа нарушения сплошности и дефектами нарушения структуры,

фиг.3 приведена, в качестве примера, термограмма сложной пространственной конструкции в процессе силового нагружения с шумовыми температурными полями,

фиг.4 приведена функциональная схема системы теплового контроля,

фиг.5 приведены фрагменты термограммы испытаний реального изделия типа сетчатой конструкции из ПКМ в различные моменты увеличивающейся нагрузки, полученные с использованием технического решения, предлагаемого в настоящей заявке.

На приведенных фигурах приняты следующие обозначения:

1 - макродефект типа нарушений сплошности,

2 - материал контролируемой конструкции,

3 - дефект типа нарушения структуры,

4 - информативное температурное поле,

5 - неинформативное (шумовое) температурное поле,

6 - объект контроля,

7 - устройство регистрации термограмм (термограф), например ИРТИС-2000,

8 - устройство регистрации видеоизображения, например цифровая видеокамера,

9 - коммутатор,

10 - счетчик сигналов,

11 - инвертор сигналов,

15, 12 - первый и второй сумматоры,

13 - пороговое устройство,

14 - блок формирования матрицы сигналов,

16 - блок визуализации и обработки термограмм,

17 - вертикальный размер поля обзора устройства регистрации термограмм и устройства регистрации видеоизображения,

18 - термограмма при нагрузке 15% от предельной нагрузки,

19 - термограмма при нагрузке 35% от предельной нагрузки,

20 - термограмма при нагрузке 50% от предельной нагрузки.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Все используемые электронные блоки построены на основе стандартных микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами, а система управления выключением/включением системы нагружения построена на стандартных релейных системах (см. например, Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебное пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - СПб.: - БХВ-Петербург, 2010). В качестве тепловизионного устройства 8 используются тепловизоры фирмы FLIR, ИРТИС-2000 или аналогичные по техническим характеристикам.

Реализация способа осуществляется следующим образом.

1. Данный метод контроля осуществляется в процессе силового нагружения контролируемого изделия. В процессе нагружения изделия разрушаются внутренние волокна, из которого изготовлено изделие. Микроразрушения волокон происходят с выделением энергии, которая и формирует температурное поле поверхности. Наиболее интенсивно волокна разрушаются в местах концентраторов напряжения, т.е. в потенциально опасных места, в тех местах, где наиболее вероятно разрушение изделия в процессе приложения нагрузки. Поэтому данные метод контроля и актуален, т.к. позволяет оценить качество (надежность) изделия в процессе квазиреальных силовых нагрузок по анализу температурных полей поверхности изделия.

Величина и приложение нагрузки определяются реальными условиями эксплуатации изделия. В процессе нагружения изделие жестко закреплено, т.к. нагрузки могут достигать значительных величин. В процессе контроля могут немного изменяться форма и геометрические размеры изделия за счет его деформации.

Устройства регистрации термограмм и регистрации видеоизображения контролируемого объекта располагают перед объектом контроля из условия совмещения их полей обзора контролируемого объекта.

При этом погрешность совмещения поля обзора не должна превышать величины «n» от размеров минимального элемента конструкции контролируемого объекта.

Здесь n=0…1 и задается перед проведением контроля из условия обеспечения необходимой достоверности результатов.

Пороговое значение величины (Vпор) может выбираться из различных критериев. Это зависит от типа изделия, условий проведения контроля и т.п. Наиболее общий метод определения порогового значения описан в книге авторов В.А. Барынин, О.Н. Будадин, А.А. Кульков. Современные технологии неразрушающего контроля конструкций из полимерных композиционных материалов. - М.: ИД «Спектр», 2013. - 243 с.: ил и цв. вкл. 16 с. Стр.20-26. Это метод безэталонного определения порогового значения сигнала.

Параметр «n» выбирают следующим образом. Пусть наименьший элемент конструкции имеет размер «а». Для того, чтобы этот элемент был зафиксирован двумя регистрирующими системами (термографической и визуальной), местоположения полей обзора этих систем должны отличаться на величину не более na, где, в общем случае, n=0…1. n=0 означает нулевую погрешность совмещения полей обзора (идеальное совмещение). n=0 означает наихудшее совмещение. Исходя из практического опыта, условий проведения контроля (например, наличие вибрации) и др. факторов эта величина обычно составляет n=0,1…0,3.

2. Видеоизображение контролируемого объекта регистрируют в тех же пространственных координатах, что и термограмму,

3. Электрические сигналы матрицы видеоизображения Vij (V - величина электрического сигнала элемента матрицы видеоизображения, i=1…I, j=1…J, i, j - целочисленные координаты матрицы электрических сигналов видеоизображения, I, J - максимальное значение величин i, j) попарно вычитаются следующим образом:

|…| - обозначение абсолютной величины.

4. Полученные сигналы матрицы V1ij сравниваются с сигналом Vпор, принятым в качестве порогового, и образуют матрицу электрических сигналов:

Часто величина Vпор=(V1ij)средн или Vпор=0,67×(V1ij)средн, где

(V1ij)средн - среднее значение электрических сигналов.

5. Формируют матрицу электрических сигналов совмещенной термограммы:

6. Осуществляют обработку элементов термограммы TVΣij с целью получения необходимой информации. Обработка термограмм представляет собой многоэтапную процедуру. Это определяется конструкцией изделия, поставленными задачами, величиной нагрузки и т.п. Здесь имеется в виду обработка «очищенной» термограммы, т.е. термограммы, уже подвергнутой обработке в соответствии с заявляемым способом.

Например, обработка может включать следующие этапы:

Этап 1. Фильтрация термограммы различными математическими фильтрами.

Этап 2. Обнаружения аномалий температурного поля посредством порогового метода. Например, как описано в книге авторов В.А. Барынин, О.Н. Будадин, А.А. Кульков. Современные технологии неразрушающего контроля конструкций из полимерных композиционных материалов. - М.: ИД «Спектр», 2013. - 243 с.: ил и цв. вкл. 16 с. Стр. 20-26. Используя метод безэталонного определения порогового значения сигнала и разделяя двумерное изображение термограммы на два кластера: кластер аномальных температур, кластер неаномальных температур.

3. Этап 3. Оконтуривание кластеров с аномальными значениями температуры одним из широко известных методов.

На этом этапе выделяются потенциально опасные места изделия - места с концентраторами напряжения, которые потенциально наиболее подвергнуты разрушению.

4. Этап 4. Специальная обработка выделенных участков термограммы с целью определения надежности изделия и его остаточного ресурса эксплуатации (нагружения).

По результатам контроля делается заключение:

- о надежности изделия и его способности противостоять нагрузкам,

- о наличии «слабых» мест изделия, т.е. даются рекомендации разработчику об усилении конструкции или конкретных ее элементов,

- о величине остаточного ресурса изделия (по динамике изменения температурных полей в местах концентраторов напряжения).

Система (фиг.4), реализующая способ, работает следующим образом.

Перед проведением контроля устройства регистрации термограмм и регистрации видеоизображения контролируемого объекта располагают перед объектом контроля из условия совмещения их полей обзора контролируемого объекта.

При этом погрешность совмещения поля обзора не должна превышать величины «n» от размеров минимального элемента конструкции контролируемого объекта.

Здесь n=0…1 и задается перед проведением контроля из условия обеспечения необходимой достоверности результатов.

Такое расположение устройств позволяет видеоизображение контролируемого объекта регистрировать в тех же пространственных координатах, что и термограмму.

Электрические сигналы матрицы видеоизображения Vij в устройстве 8 последовательно считываются коммутатором 9 и поступают в счетчик сигналов 10. (V - величина электрического сигнала элемента матрицы видеоизображения, i=1…I, j=1…J, i, j - целочисленные координаты матрицы электрических сигналов видеоизображения, I, J - максимальное значение величин i, j).

Счетчик сигналов 10 реализует последовательный подсчет сигналов после коммутатора 9 и последовательно (через один) разделяет их на два потока Vij и V(i+1)j.

Один поток сигналов - Vij поступает в инвертор 11, второй поток сигналов - V(i+1)j поступает на вход сумматора 12. В инверторе 11 сигнал Vij меняет знак на противоположный (-Vij) и поступает на другой вход сумматора 12. В сумматоре 12 производится сложение сигналов (V(i+1)j) и (-Vij):

где |…| - обозначение абсолютной величины.

С выхода сумматора 12 сигналы V1ij поступают в пороговое устройство - блок 13, где сигналы матрицы V1ij сравниваются с сигналом Vпор, принятым в качестве порогового:

Часто величина Vпор=(V1ij)средн или Vпор=0,67×(V1ij)средн, где

(V1ij)средн - среднее значение электрических сигналов.

Далее сигналы V2ij последовательно поступают в блок 14 формирования матрицы, где из поступивших сигналов формируется матрица сигналов {V2ij}. Матрица {V2ij} представляет собой матрицу единичных сигналов, описывающую контуры контролируемого пространственного объекта. Ниже приведена, в качестве примера, такая матрица, описывающая фигуру «крест».

Из блока 14 матрица сигналов {V2ij} поступает на второй вход первого сумматора 15 где осуществляется логическое сложение матриц {V2ij} и матрицы термограммы (матрицы температуры) Tij, формируемой устройством регистрации термограмм 7 по следующему правилу:

Получаемая матрица температур TVΣij содержит информацию только о пространственной конструкции контролируемого объекта 6 и может быть подвергнута специальной обработке для получения достоверной информации.

Далее матрица сигналов TVΣij поступает в блок визуализации и обработки термограмм 16, где осуществляется ее обработка в зависимости от поставленных задач (определение концентраторов напряжений, обнаружение дефектов, распознавание дефектов и т.п.).

Экспериментальные исследования заявляемого способа проводились на установке (фиг.4) с использование тепловизионного устройства ИРТИС-2000.

Экспериментальные исследования заключались в следующем.

Исследуемый образец конструкции закреплялся в установке, далее к нему прикладывалась статическая нагрузка, в процессе приложения которой регистрировалось температурное поле поверхности T(x,y)i. На фиг.3, в качестве примера, приведены термограммы всей поверхности контролируемого образца конструкции. На данной термограмме ясно видны шумовые температурные поля (5). После завершения приложения нагрузки динамическая температурная матрица обрабатывалась в соответствии со способом, используемым в прототипе, и в соответствии с предлагаемым способом.

На фиг.5 в качестве примера приведена последовательность термограмм в процессе силового нагружения с наложенными на них матрицами видеоизображения.

Результаты обработки показали, что предлагаемый способ позволяет достоверность результатов контроля на 35-50% за счет исключения из процесса обработки шумовых динамических температурных полей.

Представленный способ имеет следующие преимущества:

- повышает достоверность результатов контроля сложных пространственных конструкций тепловым методом (на 35-50%),

- повышает надежность процесса проведения теплового контроля изделий в процессе их силового нагружения в реальных условиях эксплуатации и испытаний.

- позволяет повысить надежность эксплуатации контролируемых конструкций (особенно работающих на пределе остаточного ресурса),

- позволяет снизить вероятность аварий за счет определения реальных технических характеристик конструкций.

1. Способ теплового контроля пространственных объектов, включающий регистрацию пространственной термограммы Tmn объекта контроля и ее обработку для обнаружения дефектов, где Т - значение температуры, m, n - целочисленные координаты зарегистрированных значений температуры, отличающийся тем, что
в процессе силового нагружения объекта контроля одновременно с регистрацией пространственной термограммы осуществляют регистрацию видеоизображения объекта контроля для уточнения его местоположения,
при этом устройство регистрации термограмм и устройство регистрации видеоизображения располагают перед объектом контроля с возможностью совмещения полей обзора объекта контроля,
видеоизображение объекта контроля регистрируют в тех же пространственных координатах, что и термограмму,
электрические сигналы матрицы видеоизображения Vij, где V - величина электрического сигнала элемента матрицы видеоизображения, i=1…I, j=1…J, i, j целочисленные координаты матрицы электрических сигналов видеоизображения, I, J - максимальное значение величин i, j, попарно вычитаются следующим образом:
V1ij=|V(i+1)j-Vij| (i=1…I, j=1…J),
каждое полученное абсолютное значение матрицы V1ij сравнивают с пороговым сигналом Vпор и образуют матрицу электрических сигналов:
V 2 i j = { 1 е с л и V 1 i j V п о р 0 е с л и V 1 i j < V п о р ,
далее формируют матрицу электрических сигналов совмещенной термограммы:
T V i j = { T i j е с л и V 2 i j = 1 0 е с л и V 2 i j = 0
и осуществляют обработку ее элементов для получения информации о состоянии объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что погрешность совмещения полей обзора задают перед проведением контроля из условия обеспечения необходимой достоверности результатов контроля, при этом она не должна превышать величины «n» от размеров минимального элемента конструкции контролируемого объекта, где n=0…1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину Vпор принимают равной (V1ij)средн, где (V1ij)средн - среднее значение абсолютных значений сигналов, полученных попарным вычитанием.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину Vпор принимают равной 0,67×(V1ij)средн, где (V1ij)средн - среднее значение абсолютных значений сигналов, полученных попарным вычитанием.

5. Система теплового контроля пространственных объектов, включающая:
устройство регистрации термограмм,
устройство регистрации видеоизображения,
блок визуализации и обработки термограмм,
коммутатор,
счетчик сигналов,
инвертор сигналов,
первый и второй сумматоры,
пороговое устройство и
блок формирования матрицы сигналов,
при этом устройство регистрации термограмм и устройство регистрации видеоизображения установлены с возможностью совмещения полей обзора объекта контроля,
выход устройства регистрации термограмм подключен к первому входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу блока визуализации и обработки термограмм, второй вход которого соединен с устройством регистрации видеоизображения, его выход подключен к входу коммутатора, выход коммутатора связан со счетчиком сигналов, первый выход которого соединен со входом инвертора сигналов, а второй выход - с первым входом второго сумматора, ко второму входу второго сумматора подключен инвертор сигналов, а выход второго сумматора через пороговое устройство соединен с блоком формирования матрицы сигналов, выход которого связан со вторым входом первого сумматора.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что устройство регистрации термограмм представляет собой термограф.

7. Система по п.5, отличающаяся тем, что устройство регистрации видеоизображения выполнено в виде цифровой видеокамеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области тепловых испытаний и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов. Способ тепловых испытаний керамических обтекателей ракет включает нагрев и контроль температуры обтекателя в зоне узла соединения керамической оболочки со шпангоутом.

Заявленное изобретение относится к космической технике и может быть использовано для контроля теплообмена космического аппарата. Указанное устройство выполнено из сборок, в каждой из которых чувствительный элемент размещен на электроизолирующей подложке.
Изобретение относится к области стендовых тепловых испытаний и может быть использовано для диагностики характеристик термопрочности и термостойкости эксплуатируемых металлов.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для определения теплового сопротивления и теплопроводности строительных конструкций.
Изобретение относится к пищевой и мукомольно-элеваторной промышленности и используется для оценки степени повреждения швов наружного силоса элеватора из сборного железобетона.

Изобретение относится к способам теплового контроля герметичности и может быть использовано для контроля герметичности крупногабаритных сосудов, например котлов железнодорожных цистерн.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при диагностике неразъемных соединений, в частности для контроля качества паяных соединений камер сгорания и сопел жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций. Устройство для определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции включает датчики температуры и теплового потока и тепловизионное устройство.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для контроля скрытых дефектов. Согласно заявленному способу активного одностороннего теплового контроля скрытых дефектов в твердых телах нагревают одну из поверхностей объекта контроля в течение фиксированного времени оптическим излучением источника нагрева и регистрируют нестационарное температурное поле этой поверхности в виде последовательности термограмм.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для идентификации близких к поверхности дефектов в контролируемом объекте. Согласно заявленному термографическому способу область поверхности контролируемого объекта нагревают, например, индуктивно. Далее регистрируют последовательность следующих друг за другом с временным интервалом термографических изображений в пределах фазы распространения тепла. Каждое термографическое изображение представляет локальное распределение температуры в зарегистрированной термографическим изображением области поверхности контролируемого объекта. Из термографических изображений определяют расположенные в правильном позиционном положении температурные профили. Каждый расположенный в правильном позиционном положении температурный профиль относится к одной и той же области измерений поверхности контролируемого объекта. Для множества зарегистрированных температурными профилями позиций измерений в области измерений из температурных профилей определяют процесс изменения во времени температурных значений. Их оценивают по меньшей мере по одному из критериев оценки, характеризующему тепловой поток в области измерений. Также заявлена термографическая контрольная установка, реализующая указанный способ. Технический результат - повышение четкости разделения действительных дефектов и псевдодефектов. 2 н. и 8.з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к экспериментальной технике и может быть использовано для теплопрочностных статических испытаний конструкций летательных аппаратов, в частности к средствам, обеспечивающим воспроизведение нестационарных температурных полей в испытываемых конструкциях воздушно-космических самолетов (ВКС). Блок-имитатор температурных полей содержит инфракрасные ламповые излучатели и рефлектор. Корпус рефлектора изготовлен из установленных на стальной плите охлаждаемых водой стальных труб прямоугольного сечения. К облучаемой поверхности труб прикреплены отражатели в виде пластин, изготовленных из никеля и имеющих золотое покрытие. Причем пластины установлены так, что между ними образованы щели, через которые проходят струи воздуха, обдувающие кварцевые колбы излучателей и испытываемый объект. Технический результат - повышение достоверности воспроизведения в объекте испытаний нестационарных температурных полей, возникающих в нем при последовательном воздействии глубокого охлаждения и аэродинамического высокотемпературного нагревания. 3 ил.
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при наземных тепловакуумных испытаниях бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) негерметичных космических аппаратов (КА). Предложен способ измерения тепловых полей электрорадиоизделий, включающий использование интегрированных программных средств и стенда тепловакуумных испытаний. Температуру поверхности прибора измеряют с помощью термодатчиков вблизи контрольных точек. Одновременно измеряют температуру всей поверхности панели или блока радиоэлектронной аппаратуры с установленными электронными компонентами с помощью тепловизионной измерительной системы через иллюминатор, обладающий высокой степенью пропускания излучения в инфракрасном диапазоне, с записью информации в цифровом виде. Технический результат - повышение точности получаемых данных.
Изобретение относится к тепловым способам неразрушающего контроля и диагностики дефектов в стенках элементов конструкции и может быть использовано для дефектоскопии различных объектов. Способ включает подготовку двух эталонных образцов, имеющих участок, идентичный по материалу и по размерам проверяемому участку поверхности элемента конструкции. На этом участке первый эталонный образец не имеет дефектов, а на внутреннюю или внешнюю поверхность второго эталонного образца наносят ступенчато увеличивающиеся по глубине дефекты. Их размеры вводят в банк данных компьютера. Наружные поверхности проверяемого элемента конструкции, первого и второго эталонных образцов зачищают и наносят покрытие с равномерным и высоким коэффициентом излучения. Первый и второй эталонные образцы и проверяемый участок элемента конструкции подвергают тепловому воздействию в выбранном режиме. Через выбранные интервалы времени проводят регистрацию интенсивностей ИК излучения наружных поверхностей проверяемых участков и записывают в банк данных компьютера. Далее вычисляют сначала разности интенсивностей ИК излучения для соответствующих выбранных интервалов времени для первого и второго эталонных образцов, а затем разности для проверяемого элемента конструкции и второго эталонного образца с последующим их сравнением. Технический результат - повышение точности получаемых данных.

Изобретение относится к измерительной технике и может быт использовано при испытаниях изделий на термическую стойкость. Заявлен способ испытаний полых изделий на термостойкость, заключающийся в нагреве изделия изнутри и охлаждении снаружи. Согласно изобретению внутрь изделия помещают нагреватель из теплоемкого материала, а изделие с нагревателем помещают в заполненную инертным газом капсулу из жаростойкого материала. Капсулу с изделием герметизируют, после чего полученную сборку нагревают до температуры не более допустимой температуры капсулы и осуществляют выдержку при указанной температуре до состояния выравнивания температуры всех составляющих изделия. Затем сборку охлаждают до заданной температуры с заданной скоростью, изделие извлекают из капсулы, а о термостойкости изделия судят по наличию в нем дефектов сверх допустимых величин. Технический результат - повышение достоверности получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА) и может быть использовано для проектирования аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Предлагаемый способ воспроизведения аэродинамического нагрева дает возможность задать температурное поле элементов ЛА типа тел вращения с минимальными энергетическими затратами и с равномерным тепловым нагружением в сечениях изделия. Отличительными признаками способа является возможность задания температурного поля по высоте изделия, если известно значение температуры в одном сечении и геометрические размеры изделия. Способ включает условное разбиение поверхности изделия на сектора по окружности изделия, определения толщины секторов по электрическому сопротивлению, монтаж электропроводящего слоя на наружной поверхности изделия, расположение на изделии токоведущих шин и чехла из теплоизоляционного материала. Технический результат - повышение точности и достоверности результатов теплопрочностных испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов. 1 ил.

Использование: для оценки надежности конструкции из электропроводных полимерных композиционных материалов на основе контроля распределения электрических потенциалов по поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля объектов из электропроводных полимерных композиционных включает: установку и фиксацию питающих электродов с противоположных или с одной стороны контролируемого объекта, установку двух измерительных электродов на одной или двух поверхностях контролируемого объекта, одновременное измерение разности потенциалов между измерительными электродами и силы тока между питающими электродами, определение кажущегося электрического сопротивления между измерительными электродами путем деления разности потенциалов на величину тока между питающими электродами, определение дефектов в материале по величине кажущегося электрического сопротивления, жестко фиксируют между собой питающие и измерительные электроды, перемещают комплекс зафиксированных между собой питающих и измерительных электродов по поверхности контролируемого объекта, измерение разности потенциалов между измерительными электродами и силы тока между питающими электродами повторяют многократно для определения дефектов в материале всего объекта. Технический результат: обеспечение возможности повышения достоверности определения состояния объектов из электропроводных полимерных композиционных материалов. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области сбора и обработки информации. Техническим результатом является обеспечение синхронизации моментов получения сигналов от датчиков независимо от их удаленности и места положения при использовании общего компьютеризированного средства сбора информации. В способе фононоэмиссионной диагностики для обеспечения связи в режиме удаленного доступа датчики в виде низкочастотных преобразователей фононной эмиссии оснащают встроенным защищенным от индустриальных помех радиоканальным блоком передачи информации в виде сигналов на радиоканальный блок приема-передачи информации общего компьютера, при этом при включении указанных датчиков для работы в режиме регистрации фононной эмиссии сначала осуществляют опрос всех датчиков на их работоспособность и калибровку на основании эталонной модели объекта, а затем переводят указанные датчики в режим непрерывной регистрации фононной эмиссии и осуществляют непрерывный сбор сигналов от этих датчиков по отдельному каналу для каждого датчика для записи показаний каждого датчика на жесткий диск общего для всех датчиков компьютеризированного средства сбора информации и отображают текущее состояние объекта по сигналам датчиков, отобранным в один и тот же для всех датчиков момент времени. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций. Согласно заявленному решению перед проведением тепловизионного обследования выбирают время тепловой инерции равным 3-20 минут в зависимости от скорости реакции компонентов пенополиуретана, марки оболочки и толщины слоя изолирующего слоя пенополиуретана на трубе. При тепловизионном обследовании интенсивность излучения объекта измеряют в стационарном режиме. При этом замеры термографического изображения производят с указанной отсрочкой по времени от момента окончания заливки компонентов пенополиуретана. Обработку результатов измерений проводят путем расчета интенсивности излучения теплового потока на снимке тепловизора в каждом пикселе поверхности. При этом в качестве параметра, характеризующего наличие дефектов, используют разность значений температуры (t°i) в каждом пикселе исследуемой поверхности и средней температуры исследуемой поверхности (T°ср) и, сравнивая полученную разность температур Δt°i в каждом пикселе с предельной величиной изменения температуры (X°), определяют зону расположения скрытого дефекта. Технический результат - повышение точности контроля. 1 ил.

Изобретение относится к экранировке аппаратов или их деталей от электрических или магнитных полей и может быть использовано для контроля эффективности электромагнитного экранирования корабельных помещений, защищенных от преднамеренных электромагнитных воздействий. В предлагаемом способе оценки качества электромагнитного экранирования узла уплотнения отверстия в электропроводящем экране с закрывающей его электропроводящей конструкцией фиксируют распределение температуры на поверхностях электропроводящего экрана и/или электропроводящей конструкции по периметру отверстия в электропроводящем экране. По величине неравномерности этого распределения температуры судят об эффективности электромагнитного экранирования. Причем фиксацию распределения температуры по периметру отверстия в электропроводящем экране осуществляют тепловизионной съемкой. Технический результат - повышение точности и упрощение технологического процесса оценки и документирования качества электромагнитного экранирования узла уплотнения отверстия в электропроводящем экране с закрывающей его электропроводящей конструкцией в процессе строительства корабля и в условиях его эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх