деф. ''Работа с комплектом ВИК- УШС..... Реферат Контрольноизмерительные приборы (линейка, штангенциркуль,ушс,вик) вик из всех методов
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
Для прямых измерений можно выделить несколько основных методов: метод непосредственной оценки, дифференциальный метод, нулевой метод и метод совпадений. При косвенных измерениях широко применяется преобразование измеряемой величины в процессе измерений. Методы определения линейных размеров поверхностных дефектов 1. Оптические методы контроля контроль оптический лазерный ультразвуковой 1.1 Визуально-оптический метод Визуально оптические методы контроля основаны на взаимодействии светового излучения с объектом контроля. Методы оптического контроля и области их применения приведены в [1] и [2]. По характеру взаимодействия различают методы прошедшего, отражённого, рассеянного и индуцированного излучений (под последним имеется в виду оптическое излучение предмета под действием внешнего воздействия, например люминесценцию). Информативными параметрами этих методов являются амплитуда, фаза, степень поляризации, частота или частотный спектр, время прохождения света через объект, геометрия преломления или отражения излучения. Оптические методы широко применяют из-за большого разнообразия способов получения первичной информации о наличии наружных дефектов независимо от материала контролируемого изделия. Визуально-оптический метод применяется для выявления и измерения поверхностных дефектов. Обнаружению подлежат: - трещины, - разрывы, - деформации, - раковины, - коррозионные поражения, - эрозионные поражения. Методы являются субъективными из-за низкой достоверности и чувствительности; их используют для обнаружения сравнительно крупных поверхностных дефектов. Чувствительность визуального метода дает возможность производить обнаружение трещин с раскрытием более 0,1 мм [1], а визуально-оптического при увеличении прибора в 20-30 раз - не менее 0,02 мм. Визуально-оптический контроль характеризуется высокой производительностью, сравнительной простотой приборного обеспечения, достаточно высокой разрешающей способностью. Заметность дефектов обусловливается контрастностью, яркостью, освещенностью и угловым размером объекта. Наиболее важным условием заметности является контраст. Контраст определяется свойством дефектов выделяться на окружающем фоне при различных оптических характеристиках дефекта и фона. Видеть дефекты, размеры которых находятся за пределами разрешающей способности невооруженного глаза, помогают оптические приборы, которые значительно расширяют пределы возможностей глаза. Для визуально-оптического контроля деталей целесообразно применять приборы с кратностью увеличения не более 20-30. Данное требование напрямую связано с тем, что с возрастанием кратности увеличения уменьшается поле зрения, глубина резкости, производительность и надежность контроля. Оптические методы контроля обладают высокой разрешающей способностью и хорошей чувствительностью и позволяют перейти от традиционного использования зрительного рецептора оператора к автоматическим методам обработки изображения и использованию полученной информации. 1.2 Лазерные методы и средства измерения геометрических величин параметров поверхностей сложной формы На машиностроительных заводах при контроле и ремонте транспортных средств, а также в других областях науки и техники создалось положение, что при выпуске сложной, уникальной аппаратуры, осуществлении ремонта ответственных узлов контроль геометрических параметров основных базовых деталей осуществляется в основном с помощью рулеток, шаблонов, штангенциркулей и других контактных ручных средств. Применение таких контактных средств не только не обеспечивает необходимой точности и оперативности измерений, но и в некоторых случаях делает их невозможными. Отсюда возникает невысокая точность изготовления, приводящая к снижению эксплуатационных показателей изделий. С другой стороны, появились высокотехнологичные оптоэлектронные приборы, позволяющие создавать высокоэффективное бесконтактное измерение, снижающее погрешности, характерные для традиционной измерительной техники. Особое место среди них занимают бесконтактные лазерные средства измерения. В настоящее время наиболее широко для измерения геометрических размеров параметров поверхностей применяются следующие методы: лазерной дефектоскопии теневой и триангуляционной дефектоскопии. Их совокупность дает возможность определить качество обработки поверхности, ее дефекты, контуры деталей, а также профиль поверхности изделия. Однако массовое применение их ограничено. Этому способствует ряд причин. Для лазерных дефектоскопов максимально достижимая точность измерений определяется флуктуациями мощности излучения лазера. При использовании теневого метода возникают ограничения, связанные с быстродействием, размерами рабочей зоны и синхронизацией результатов измерений нескольких измерителей. Лазерные триангуляционные средства измерения (СИ) развиваются наиболее активно, однако их массовое применение ограничено. Причина этого заключается в том, что производители рассчитывают работу своих приборов с поверхностями, имеющими равномерное рассеяние и расположенными ортогонально зондирующему лазерному пучку. Реальная поверхность всегда шероховата, может иметь царапины, ржавчину, следы обработки, отверстия. В результате прибор, рассчитанный на погрешность 10-50 мкм, дает погрешность со значением несколько миллиметров. В процессе измерения отклонения геометрических параметров и определения линейных размеров дефектов участвуют лазер, поверхность объекта и фотоприемное устройство с оптической системой, каждый из которых может вносить погрешность в процесс измерения. Таким образом, комплексное решение вопросов, способствующее повышению точности измерений лазерными дефектоскопами, теневыми и триангуляционными измерителями, является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное практическое значение. Особые свойства лазерного луча (его когерентность, большая плотность мощности излучения) позволяют выделить измерительные приборы на его основе в отдельный самостоятельный класс. Бесконтактные лазерные СИ геометрических размеров (ЛИГР) можно классифицировать по функциональному назначению и по схемам построения оптической и фотоприемной частей. Наиболее распространенными являются проекционные (теневые) СИ. В них информация о контролируемом размере детали получается на основе размеров тени, отбрасываемой деталью на фотоприемное устройство. Деталь освещается при этом строго параллельными лазерными лучами. Это обеспечивает высокую точность работы. Точность метода во многом зависит от параметров лазерного пучка. Диапазоны измеряемых размеров имеют нижний предел порядка 0,05 мм, а верхний -125 мм. Верхний диапазон измерения делает целесообразным применение лазерных теневых СИ для контроля размеров малогабаритных деталей. В случае измерения расстояния до объекта эффективным будет сканирование вдоль лазерного луча. Такой метод получил название метода точной фокусировки. Измерительные приборы на основе метода точной фокусировки используются как для измерения линейных размеров деталей, так и для определения профиля обрабатываемой поверхности. Достоинства их заключаются в том, что они способны обеспечить непрерывный контроль, высокую точность и возможность работы в широком диапазоне изменений контролируемого размера. Существенными недостатками, затрудняющими применение метода точной фокусировки, являются низкое быстродействие и относительная сложность следящей системы. В особую группу СИ линейных размеров следует выделить лазерные интерферометры. Эти приборы, бесспорно, лидируют по точности измерений линейных размеров. Они широко распространены как эталонные средства в измерительной технике. Принцип действия таких СИ основан на использовании явления интерференции двух когерентных световых пучков. Лазерные измерительные интерферометры обладают высокими метрологическими характеристиками, но имеют и существенные недостатки. Для измерения на больших расстояниях необходимо применение специальных уголковых отражателей. Лазерные интерферометры очень чувствительны к изменению условий окружающей среды. На их работе сказывается влияние вибраций, температуры, давления. Поэтому для получения высокой точности необходимо устранение или компенсация возмущающих воздействий. Эти недостатки обусловили применение лазерных интерферометрических СИ, в основном, в прецизионном приборостроении, станкостроении и метрологии. Лазерные триангуляционные СИ используют метод определения расстояния путем вычисления по известным тригонометрическим соотношениям в треугольнике. Треугольник образован прямым лазерным лучом, падающим на объект, до которого измеряется расстояние, отраженным лучом, попадающим на фотоприемник, и базой оптического дальномера. Достоинства триангуляционного метода: простота реализации, универсальность. При этом рассеивающие свойства поверхности в случае ее однородности могут меняться в широких пределах без заметного влияния на точность измерений. Дополнительным преимуществом таких устройств является возможность на значительном расстоянии контролировать параметры объекта при одностороннем доступе к нему. Для обнаружения поверхностных дефектов широко используются лазерные дефектоскопы. Листы стали, железа, меди, алюминия, керамические плитки, бумажная лента, картон, кожа и ряд других материалов контролируются при движении на конвейере. Достоинства метода заключаются в высокой скорости измерения и возможности контролировать крупногабаритные объекты. Недостатки метода - в необходимости использования высокостабильного лазера, а также в том, что дефект и пятно грязи часто неразличимы. Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта. В них обнаруживают макро- и микродефекты, структурные неоднородности, внутренние напряжения. Недостатками оптических методов являются узкий диапазон контролируемых параметров, жесткие требования к состоянию окружающей среды и чистоте поверхности изделия. 2. Ультразвуковой акустический контроль Методы визуального определения дефектов эффективны, когда размеры объектов (дефекта в целом или его фрагментов) существенно превышают длину волны УЗК, кроме того, эти методы требуют применения довольно сложной аппаратуры. Ультразвуковые колебания - это механические колебания среды. При ультразвуковом контроле (УЗК) обычно используют колебания с частотой 0,5…25 МГц, т.е. ультразвуковые. Поэтому большинство акустических методов являются ультразвуковыми, хотя известны случаи использования колебаний звуковой частоты, в частности импедансный метод контроля, используемый при контроле паяных, клееных или сваренных контактной сваркой конструкций. Пьезопреобразователи, предназначенные для ввода волны в направлении, перпендикулярном поверхности, называют прямыми, или нормальными, а для ввода под некоторым углом - наклонными, или призматическими. Пьзопреобразователи включаются по раздельной, совмещенной или раздельно-совмещенной схемам. В последнем случае в одном корпусе размещаются два пьезопреобразователя, разделенных между собой экраном. При падении ультразвуковой волны на поверхность раздела двух сред, в частности на границу дефекта, часть энергии отражается, что и используется при контроле. Для анализа распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии используют три основных метода: теневой, зеркально-теневой и эхо-метод. 2.1 Теневой метод При теневом методе признаком обнаружения дефекта служит уменьшение амплитуды ультразвуковой волны, прошедшей от излучающего пьезопреобразователя к приемному. Недостатки метода - необходимость двустороннего доступа к изделию и малая точность оценки координат дефектов, достоинство - высокая помехоустойчивость. Метод может применяться для изделий с грубо обработанной поверхностью. 2.2 Зеркально-теневной метод При зеркально-теневом методе признаком обнаружения дефекта является уменьшение интенсивности (амплитуды) ультразвуковой волны, отраженной от противоположной поверхности изделия. Отраженный сигнал называется донным. Метод не требует двустороннего доступа к контролируемому изделию, позволяет более достоверно выявлять корневые дефекты в стыковых швах, помехоустойчив, применяется для изделий небольшой толщины с грубо обработанной поверхностью. Однако точность определения координат дефекта и при этом методе невысока. 2.3 Эхо-импульсный метод Этот метод - в отличие от других - применим при одностороннем доступе к исследуемому объекту, и при этом позволяет определить размеры дефекта, его координаты, характер. Современный эхо-метод УЗК основан на излучении в контролируемое изделие коротких импульсов упругих колебаний (длительностью 0,5 - 10 мкс) и регистрации амплитуды и времени прихода эхо-сигналов, отраженных от дефектов-отражателей. Эхо-импульсный метод позволяет решать следующие задачи дефектоскопии: - обнаружение и определение координат дефектов, представляющих собой нарушения сплошности и расположенных как на поверхности, так и внутри металлических и неметаллических изделиях и в сварных соединениях; - определение размеров дефектов и изделий; - обнаружение зон крупнозернистости в металлических изделиях и заготовках. Рисунок 1.1 - Методы ультразвукового контроля: а - теневой; б - зеркально-теневой; в-эхо-метод; И - излучатель; П - приемник Аппаратура, реализующая данный метод, позволяет определить характер дефектов, идентифицировать их по размерам, формам, ориентации. 2.4 Характеристики УЗ методов К основным характеристикам метода относятся: чувствительность, максимальная глубина прозвучивания, минимальная глубина («мертвая» зона), разрешающая способность, точность измерения расстояния, производительность контроля. Под чувствительностью понимают минимальный размер дефекта, находящийся на максимальной глубине и четко регистрируемый прибором. Количественно ее определяют порогом чувствительности. Для эхо-метода - это минимальная площадь искусственного дефекта типа плоскодонного отверстия, который обнаруживается при контроле. Ее можно определить по отражателям другого типа, выполняя пересчет на площадь плоскодонного отверстия по формулам акустического тракта. Порог чувствительности ограничивается двумя главными факторами: чувствительностью аппаратуры и уровнем помех. В зависимости от структуры материала будет изменяться порог чувствительности. Максимальная глубина прозвучивания определяется максимальным расстоянием от дефекта (отражателя) заданного размера, на котором он уверенно выявляется. Она ограничивается условием, чтобы сигнал от дефекта был больше минимального сигнала, регистрируемого прибором, и уровня помех. Максимальная глубина также определяется параметрами аппаратуры. В технических характеристиках прибора в качестве максимальной глубины прозвучивания указывают максимальную длительность развертки дефектоскопа. Достижение максимальной глубины прозвучивания ограничивается теми же факторами, которые препятствуют повышению чувствительности. Минимальная глубина или «мертвая» зона - минимальное расстояние от преобразователя или от поверхности изделия до дефекта, на котором он четко выявляется, не сливаясь с зондирующим импульсом или импульсом от поверхности ввода ультразвука. Разрешающая способность - минимальное расстояние между двумя одинаковыми дефектами, при котором они регистрируются раздельно. Различают лучевую и фронтальную разрешающую способности метода. Лучевая разрешающая способность - минимальное расстояние в лучевом направлении, при котором сигналы от дефектов видны на экране как два раздельных импульса. Фронтальная разрешающая способность по перемещению - минимальное расстояние между дефектами в направлении перпендикулярном лучевому. Точность измерения расстояния до дефекта определяется относительной погрешностью, выраженной в процентах от измеряемой величины. Производительность контроля определяется шагом и скоростью сканирования (перемещения) преобразователя. При оценке времени контроля учитывается и время на исследование дефекта. 2.5 Условия выявления дефектов при эхо-импульсном методе Для обеспечения надежного выявления дефектов необходимо выполнение двух условий: - сигнал от дефекта должен превосходить минимальный сигнал, регистрируемый регистратором прибора: Vд>Vmin (1.1) - сигнал от дефекта должен быть больше сигнала помех: Vд>Vпом (1.2) 2.6 Условия получения максимального сигнала от дефекта Для оптимального выполнения первого условия выявления дефекта величина должна иметь максимальное значение. Vд/ V0=max, (1.3) где Vд - сигнал от дефекта; V0 - сигнал, посылаемый преобразователем. Зачастую от правильного выбора частоты ультразвуковых колебаний зависит мощность получения сигнала от дефекта и, как следствие, точность определения дефекта. Можно сказать, что частота является одним из главных параметров, от выбора которых зависит выявление дефекта. Остановимся подробно на её выборе. Как известно, частота зависит от коэффициента затухания. Для большинства материалов в диапазоне частот, применяемых в дефектоскопии, эта зависимость приближенно выражается формулой: д=C1f+ C2f (1.4) где C1 и C2 - коэффициенты, не зависящие от частоты. Первый член связан с поглощением, второй - с рассеянием ультразвука мелкими зернами (кристаллитами) металла. При малых расстояниях от преобразователя до дефекта влияние затухания ультразвука невелико, поэтому в ближней зоне целесообразно применение высоких частот. В дальней зоне затухание имеет очень большое значение для рационального выбора частоты. Оптимальная частота ультразвуковых колебаний определяется формулой: fопт ? (2.1.5) где С1 - коэффициент, связанный с поглощением ультразвука, r - расстояние от преобразователя ультразвуковых волн до дефекта - для мелкозернистых материалов. А для крупнозернистых оптимальная частота находится по формуле: (2.1.6) где С2 в зависимости от соотношения л и равна или (где - средний диаметр кристаллита); r - расстояние от преобразователя ультразвуковых волн до дефекта Таким образом, в обоих случаях с увеличением толщины изделия следует понижать частоту. |