Аппаратно-программный комплекс неразрушающего контроля объектов
Новое техническое решение обеспечивает повышение качества и производительности процесса неразрушающего контроля, расширение функциональных возможностей устройства путем увеличения количества методов контроля, а также обеспечения перемещения и вращения объекта в зоне контроля, благодаря тому, что аппаратно-программный комплекс, содержащий шарнирный робот-манипулятор, снабженный лазерным сканером и дефектоскопом, содержащим системы вихретокового, импедансного и ультразвукового контроля объектов, преобразователи которых установлены на шарнирном роботе-манипуляторе с возможностью их перемещения по заданной траектории и позиционирования в трехмерном пространстве, снабжен дополнительно системой электромагнитно-акустического контроля, а также устройством перемещения и/или устройством вращения объекта контроля, при этом аппаратно-программный комплекс может быть снабжен, по крайней мере, одним дополнительным шарнирным роботом-манипулятором. 6 ил.
Заявляемая полезная модель относится к области неразрушающего контроля объектов и предназначена для автоматизации дефектоскопии и контроля геометрических параметров объектов сложной формы в различных отраслях промышленности и транспорта.
Известно устройство для неразрушающего контроля, содержащее корпус, привод и направляющую, установленные на корпусе, каретку, установленную в направляющей и кинематически связанную с приводом, промежуточный рычаг, шарнирно установленный на основном элементе, изогнутые рычаги и преобразователь, установленный на концах изогнутых рычагов, которые установлены на оси шарнирного соединения каретки и промежуточного рычага и подпружинены к первой, промежуточный рычаг кинематически связан с приводом и свободным концом взаимосвязан с изогнутыми рычагами в сложенном состоянии устройства (патент RU 2006856, опубликовано 24.06.1991; МПК5 G01N 29/26; «Устройство для неразрушающего контроля»).
Недостатками известного устройства являются узконаправленная область его применения, оснащенность лишь одной системой контроля с применением пьезопреобразователей, низкая производительность работы устройства для неразрушающего контроля и небольшая зона контроля объекта вследствие конструктивного выполнения системы рычагов.
Прототипом заявляемого технического решения является устройство неразрушающего контроля, содержащее систему рычагов и пьезопреобразователи, которое выполнено в виде роботизированного комплекса, снабженного лазерным сканером и дефектоскопом, содержащим системы вихретокового, импедансного и ультразвукового контроля объектов, преобразователи которых установлены на шарнирном роботе с возможностью их перемещения по заданной траектории и позиционирования в трехмерном пространстве, при этом шарнирный робот размещен на портале, снабженном механизмами горизонтального и вертикального перемещения (патент RU 94714, опубликовано 27.05.2010, МПК G01N 29/00; «Устройство неразрушающего контроля объектов»).
Недостаток прототипа заключается в том, что объект подают в зону контроля с помощью вспомогательных грузоподъемных механизмов и подручных средств горизонтального перемещения, которые не являются штатными составляющими устройства неразрушающего контроля объектов, что усложняет позиционирование объекта в зоне контроля, повышает трудоемкость процесса контроля, не обеспечивает поворот объекта контроля, в частности, таких сложных объектов как колесная пара или большое зубчатое колесо.
Контроль поверхностей объекта обеспечивают только за счет перемещения рычагов шарнирного робота и перемещения самого робота на портале.
Применение трех методов контроля объекта не обеспечивает необходимую широту диапазона применений устройства неразрушающего контроля объектов.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении качества и производительности процесса неразрушающего контроля, расширения функциональных возможностей устройства путем увеличения количества методов контроля, а также обеспечения перемещения и вращения объекта в зоне контроля.
Поставленная задача решается благодаря тому, что аппаратно-программный комплекс (АПК) неразрушающего контроля объектов, содержащий шарнирный робот-манипулятор, снабженный лазерным сканером и дефектоскопом, содержащим системы вихретокового, импедансного и ультразвукового контроля объектов, преобразователи которых установлены на шарнирном роботе-манипуляторе с возможностью их перемещения по заданной траектории и позиционирования в трехмерном пространстве, снабжен системой электромагнитно-акустического контроля, а также устройством перемещения и/или устройством вращения объекта контроля, при этом АПК снабжен, по крайней мере, одним дополнительным шарнирным роботом-манипулятором.
Выполнение в АПК системы электромагнитно-акустического контроля позволяет расширить функциональные возможности устройства и повысить качество неразрушающего контроля.
Электромагнитно-акустический метод (ЭМА) применяется для бесконтактного контроля материалов, имеющих лакокрасочное покрытие или загрязненную поверхность (ржавчина, коррозия и т.п.). Метод очень эффективен для грубого литья, например, толщинометрии боковых рам вагонных тележек.
Наличие в АПК устройства перемещения и/или устройства вращения объекта контроля обеспечивает дополнительное взаимное перемещение и вращение объекта контроля и робота-манипулятора, что обеспечивает контроль труднодоступных поверхностей объекта, расширяет зону контроля объекта, тем самым повышая производительность АПК и повышая качество контроля.
Применение в АПК дополнительного робота-манипулятора позволяет увеличить количество поверхностей объекта для их одновременного контроля, благодаря чему повышается скорость работы АПК и производительность неразрушающего контроля объекта.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждена на примере конкретного осуществления.
Сущность полезной модели поясняется техническими рисунками, где
на фиг. 1 - изображен АПК с устройством перемещения объекта контроля;
на фиг. 2 - изображено устройство перемещения объекта контроля в виде моторизованной тележки, вид сверху;
на фиг. 3 - устройство перемещения объекта контроля в виде моторизованной тележки, вид снизу;
на фиг. 4 - АПК с устройством вращения колесной пары и одним роботом-манипулятором, установленным на механизме горизонтального перемещения;
на фиг. 5 - АПК с устройством вращения колесной пары и двумя роботами-манипуляторами, установленными стационарно;
на фиг. 6 - устройство вращения колесной пары.
Аппаратно-программный комплекс неразрушающего контроля объектов содержит шарнирный робот-манипулятор 1, на котором размещен лазерный сканер 2. Робот-манипулятор 1 установлен на механизме горизонтального перемещения (фиг. 4).
Дефектоскоп АПК содержит системы вихретокового, импедансного, ультразвукового и электромагнитно-акустического контроля объектов, преобразователи которых (на фиг. не показаны) установлены в устройстве смены преобразователей контроля 3, которое размещено на роботе-манипуляторе 1. Программное обеспечение всех систем контроля дефектоскопа АПК находится в терминале управления 4. На роботе-манипуляторе 1 установлен видеорегистратор 5.
В зоне контроля размещено устройство перемещения объекта контроля, выполненное в виде моторизованной тележки 6 (фиг. 1, 2, 3) и/или устройство вращения объекта контроля, выполненное в данном случае в виде устройства вращения 7 колесной пары (фиг 4, 5, 6), которое предназначено для вращения колесных пар подвижного состава при их контроле. Устройство перемещения объекта контроля, выполненное в виде моторизованной тележки 6, и устройство вращения 7 могут быть использованы как совместно, так и отдельно, независимо друг от друга.
Моторизованная тележка 6 состоит из станины 8 и двух балок 9. Верхняя часть станины 8 представляет собой стальную плиту с сеткой резьбовых отверстий для крепления объектов контроля при помощи универсальных приспособлений. Каждая балка 9 содержит привод 10, приводное колесо 11, ведомое колесо 12 и блок энкодера 13. Блок энкодера 13 необходим для определения положения и перемещения моторизованной тележки 6 с размещенными на ней объектами контроля относительно шарнирного робота-манипулятора 1. Движение тележки 6 осуществляется за счет трения приводных колес 11 по рельсовому пути 14. Рельсовый путь 14 может быть изготовлен из любого типа рельса или другого проката. Перемещение тележки 6 определяется при помощи блоков энкодеров 13. Ограничение перемещения тележки происходит путем установки на рельсовом пути 14 механических упоров (на фиг. не показаны). Силовая часть 15 тележки 6 установлена на одной из балок 9. Управление моторизованной тележкой 6 осуществляют с терминала управления 4 АПК.
На фиг 4, 5 и 6 представлено устройство вращения 7 для колесных пар 16 подвижного состава при их контроле.
Устройство вращения 7 (фиг. 6) состоит из рамы 17, на которой смонтирован рельсовый участок 18, по которому колесные пары 16 закатывают на устройство вращения 7 (с обеих сторон) и выталкивают из него (в одну сторону). На раме 17 также установлены секции из двух роликов 19. В каждой секции ролики 19 соединены цепной передачей, то есть каждый ролик 19 является приводным. Между секциями роликов 19 размещен соединительный вал 20. Вращение роликов 19 осуществляется от привода 21. Наличие колесной пары 16 на устройстве вращения 7 и угол ее поворота определяется при помощи двух блоков энкодеров 22, для каждой секции роликов 19. На раме 17 смонтирован механизм выталкивания, включающий вал 23 с рычагами, на концах которых закреплены ролики 24 механизма выталкивания. Подъем и опускание роликов 24, т.е. выталкивание колесной пары 16 и возврат роликов 24 в исходное положение, осуществляется пневмоцилиндром 25. Контактная жидкость, используемая при ультразвуковом контроле, стекает в основной 26 и два дополнительных поддона 27 и либо сливается в канализацию, либо используется повторно после очистки, в этом случае устройство вращения 7 комплектуется станцией очистки контактной жидкости. Также устройство вращения 7 комплектуется настилом (на фиг. не показан). Управление устройством вращения 7 осуществляется с терминала управления 4.
АПК может быть снабжен дополнительным роботом-манипулятором 28 (см. фиг. 5).
Работа АПК неразрушающего контроля объектов заключается в комплексной работе шарнирного робота-манипулятора 1, лазерного сканера 2, дефектоскопных систем вихретокового, импедансного, ультразвукового, электромагнитно-акустического контроля с терминалом управления 4, видеорегистратора 5, устройства перемещения 6 и/или устройства вращения 7.
Шарнирный робот-манипулятор 1 осуществляет позиционирование и перемещение с заданной скоростью по специально написанной программе лазерного сканера 2 и преобразователей разных методов контроля, с использованием систем вихретокового, импедансного, ультразвукового и электромагнитно-акустического контроля. Поверхность объекта контроля сканируют лазерным сканером 2 с целью определения его геометрических параметров и обследуют дефектоскопными преобразователями на предмет поиска дефектов.
Дефектоскопия объекта проводится по выбранной оператором-пользователем программе последовательного проведения неразрушающего контроля с использованием вихретоковой, импедансной, ультразвуковой и электромагнитно-акустической систем дефектоскопа.
Для каждой системы дефектоскопии проводят соответствующую замену типа преобразователя в каждой из указанных систем, с помощью устройства смены преобразователей контроля 3. Автоматическая система управления терминала управления 4 обеспечивает выбор оптимального инструмента контроля и его автоматическую замену при дефектоскопии, т.е. стыковку и расстыковку преобразователей.
Лазерный сканер 2 и дефектоскоп АПК позволяют индивидуально подобрать оптимальный перечень исследуемых параметров и обеспечивают осуществление комплексного контроля исследуемого объекта.
Траекторию перемещения инструментов контроля в трехмерном пространстве с помощью шарнирного робота-манипулятора 1 выбирают исходя из заданной степени точности контроля объектов.
Перемещение и позиционирование контролирующих элементов - лазерного сканера и преобразователей дефектоскопа - обеспечиваются согласованной работой рычагов шарнирного робота-манипулятора 1, а также благодаря возможному линейному перемещению самого робота-манипулятора.
Результаты обработки объекта контроля в виде заданных параметров дефекта отображаются на экране и заносятся в энергонезависимую память терминала управления 4.
Расширение зоны контроля объекта обеспечивают благодаря дополнительному взаимному перемещению объекта контроля и шарнирного робота-манипулятора 1 путем перемещения объекта контроля на устройстве перемещения в виде моторизованной тележки 6 относительно робота-манипулятора 1 и путем вращения объекта контроля на устройстве вращения 7.
Работа моторизованной тележки 6 осуществляется следующим образом. Объекты контроля устанавливают на станину 8 тележки 6, закрепляя их в своих приспособлениях. Тележка 6 с помощью приводов 10 перемещается из зоны погрузки/разгрузки в зону контроля. После установки объектов в выбранное положение осуществляют контроль деталей объекта. После завершения работы тележка перемещается обратно в зону погрузки/разгрузки.
Работа устройства вращения 7 объекта контроля заключается в следующем. Колесную пару 16, вручную или механизированно, закатывают по рельсовому участку 18 на ролики 19 и включают привод вращения 21 согласно технологии контроля. После выполнения контроля, отключения привода вращения 21 и остановки колесной пары 16 включается пневмоцилиндр 25 механизма выталкивания, который своими роликами 24, войдя в соприкосновение с колесами, приподнимает колесную пару 16 и при дальнейшем ходе выталкивает ее на рельсовый участок 18. После этого механизм выталкивания возвращают в исходное положение. На этом рабочий цикл с одной колесной парой заканчивается.
Таким образом, аппаратно-программный комплекс неразрушающего контроля объектов, снабженный дополнительной системой дефектоскопии, а именно, электромагнитно-акустической системой контроля, позволяет расширить область применения АПК и повысить качество контроля объектов. Наличие в АПК устройства перемещения и/или вращения объекта контроля, обеспечивает дополнительное взаимное перемещение объекта контроля и шарнирного робота-манипулятора, что делает более доступными для обследования все поверхности объекта контроля, повышая производительность работы АПК и повышая качество неразрушающего контроля. Применение дополнительного шарнирного робота-манипулятора позволяет также повысить производительность и качество работы АПК.
Устройство неразрушающего контроля объектов, содержащее шарнирный робот- манипулятор, снабженный лазерным сканером и дефектоскопом, содержащим устройства вихретокового, импедансного и ультразвукового контроля объектов, отличающееся тем, что оно снабжено устройством электромагнитно-акустического контроля, преобразователи которых установлены на шарнирном роботе-манипуляторе с возможностью их перемещения по заданной траектории и позиционирования в трехмерном пространстве.
