устройство лазерного вибропреобразователя

Формула изобретения

Устройство лазерного вибропреобразователя, содержащее корпус с размещенным в нем оптоволокном с объективом лазерного излучения, соединенным с преобразователем, отличающееся тем, что преобразователь выполнен в виде подпружиненного бойка, взаимодействующего одним концом с оптоволокном, установленным в корпусе с возможностью качания, а другим с исследуемым объектом, при этом на подпружиненном бойке жестко закреплена упругая пластина, конец которой жестко связан с корпусом, а подпружиненный боек имеет паз под выступы ротора, установленного в корпусе, при этом оптоволокно оптически связано с отражающим зеркалом, которое также взаимодействует с чувствительным элементом, электрически связанным с вычислительной машиной, при этом сам корпус связан с динамометром посредством пружины сжатия и с устройством перемещения, взаимодействующими между собой с помощью направляющей, при этом в корпусе установлены шаровые опоры, перемещающиеся по исследуемому объекту, обеспечивающие зазор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области лазерной вибродефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных многослойных клееных материалов и может найти применение в лазерных системах по отысканию повреждений в виде трещин, отслоению покрытий, непроклея слоев материала и несплошности изделий при проведении промышленных работ.

Известно устройство лазерно-вибрационной дефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных многослойных клееных материалов, использующее импульсный импедансный способ (RU патент № 2078339).

Известное устройство осуществляет неразрушающий контроль и предназначено для обнаружения скрытых дефектов соединений типа трещин, отслоения покрытий, непроклея слоев материала и несплошности изделия, а также в других конструкциях, состоящих из пластиков, металлов или их комбинации, обеспечивая высокую чувствительность к крупногабаритным изделиям и малый расход энергии на возбуждение импедансного преобразователя.

Заявленное устройство основано на том, что в системе совмещения преобразователь-объект периодически возбуждает импульсы вынужденных, незатухающих колебаний и на приемнике преобразователя измеряет параметры колебаний.

По измеренным параметрам амплитуды и фазы в заданных их соотношениях судят о дефектности объекта.

Недостатками известного устройства являются: невозможность контролировать точечно дефекты, сложность идентификации характера дефекта в виде трещин, отслоения покрытий, непроклея слоев материала и несплошности изделий. Каждый отдельный дефект дает свой индивидуальный вклад в принимаемый сигнал. Требуется большая трудоемкость измерений. Существует низкая точность из-за погрешностей преемника преобразователя.

В качестве прототипа выбран лазерно-ультразвуковой дефектоскоп (RU патент № 22381496). Его используют для контроля внутренних структур объектов, а также их геометрических параметров и физических характеристик. Лазерно-ультразвуковой дефектоскоп содержит импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру. При этом оптико-акустический преобразователь выполнен в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте. Он содержит пластину оптико-акустического генератора, помещенную между исследуемым объектом и прозрачным цилиндром. На торце цилиндра расположен пьезоприемник, а фаска цилиндра сопряжена через оптическую систему с оптоволокном. В этом случае исключается необходимость пропускания излучения лазера сквозь приемник ультразвука.

Однако данное устройство имеет большое количество элементов, которые накладывают собственную погрешность измерений, а также с помощью данного прибора сложно идентифицировать характер скрытых дефектов соединений типа трещин, отслоения покрытий, непроклея слоев материалов и несплошности изделий. Измерения с использованием данного устройства трудоемки.

Задачами предложенного технического решения являются повышение точности измерений, а также разрешающей способности лазерно-вибрационной дефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных крупногабаритных клееных материалов, снижение трудоемкости процесса измерений.

Поставленные задачи решаются тем, что в устройстве лазерного вибропреобразователя, содержащем корпус с размещенным в нем оптоволокном с объективом, соединенным с преобразователем, который выполнен в виде стержневого подпружиненного бойка, взаимодействующего одним концом с оптоволокном, установленным в корпусе с возможностью качания, а другим - с исследуемым объектом, при этом на подпружиненном бойке жестко закреплена упругая пластина, конец которой жестко связан с корпусом, а стержневой подпружиненный боек имеет паз под выступы ротора, установленного в корпусе, при этом оптоволокно оптически связано с отражающим зеркалом, которое также взаимодействует с чувствительным элементом, электрически связанным с вычислительной машиной, при этом сам корпус связан с динамометром посредством пружины сжатия и с устройством перемещения, взаимодействующие между собой с помощью направляющей, при этом в корпусе установлены шаровые опоры, перемещающиеся по исследуемому объекту обеспечивающие зазор.

На чертеже представлено устройство лазерного вибропреобразователя. Устройство содержит корпус 1 с размещенным в нем оптоволокном 2 с объективом лазерного излучения 3, соединенным с преобразователем, при этом преобразователь выполнен в виде стержневого подпружиненного бойка 4, взаимодействующего одним концом с оптоволокном 2, которое установлено в корпусе 1 с возможностью качания, а другим с исследуемым объектом 5. На стержневом подпружиненном бойке 4 жестко закреплена упругая пластина 6 с помощью узлов крепления 7, конец которой жестко закреплен в корпусе 1. стержневой подпружиненный боек 4 имеет паз 8 под выступы 9 вращающегося ротора 10, которые установлены в корпусе 1. Оптоволокно 2 с объективом лазерного излучения 3 оптически связано с отражающим зеркалом 11, которое в свою очередь взаимодействует с чувствительным элементом 12, выполненным в виде измерительной оптической линейки, электрически связанной с вычислительной машиной (не показано). Корпус 1 лазерного вибропреобразователя связан с динамометром 13 посредством пружины сжатия 14 и с устройством перемещения 15 с помощью направляющей 16, при этом в корпусе выполнены шаровые опоры 17, перемещающиеся по исследуемому объекту 5, обеспечивающие зазор, заданной величины .

Устройство лазерного вибропреобразователя работает следующим образом.

Шаровая опора 17, перемещая корпус по исследуемому объекту 5, обеспечивает начальный зазор /Н=(0,01 0,03). Стержневой подпружиненный боек 4 поднимается на высоту H₀/L=(0,2 0,3), при соударении с поверхностью исследуемого объекта производит отскок в области трещинообразования оболочки на величину H/H₀=(0 0,3), при несплошности на величину H/H₀=(0,3 0,5), а при непроклее слоев материала и отслоения покрытий - H/H₀=(0,5 1,2).

Здесь введены обозначения: H₀ - высота подъема стержневого бойка 4; L - длина оптоволокна 2, закрепленного в корпусе; L₁ - расстояние между осью вращения ротора и осью стержневого бойка 4; - исходный зазор между поверхностью исследуемого объекта 5 и стержневым бойком 4.

Поток лазерного излучения из оптоволокна 2 поступает на отражающее зеркало 11, затем попадает на чувствительный элемент 12. В зависимости от величины качания оптоволокна под действием стержневого подпружиненного бойка 4 световое пятно перемещается по поверхности измерительной оптической линейки чувствительного элемента 12 на угол , электрический сигнал от которого поступает в вычислительную машину и определяет вид дефекта.

Предложенное техническое решение повышает точность измерения и позволяет выявлять дефекты малых размеров что увеличивает производительность дефектоскопии в 2 3 раза, в сравнении с известным, а также позволяет отыскать дефекты с распознаванием трещин, отслоения покрытий, непроклея слоев и несплошности изделий и упростить процесс измерений.