CC BY
67
УДК 620.179.162
С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, В.В. Погораздов, М.Ю. Захарченко
АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗАЦИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА ДЕФЕКТОСКОПИИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ
Рассматривается вопрос автоматизации распознавания дефектов в кольцах подшипников с использованием ультразвукового дефектоскопа УД2-12, подключенного к ПК. Обработка данных происходит на ПК с использованием разработанного ПО, описывается алгоритм работы.
Кольцо подшипника, размер дефекта, положение дефекта, автоматизация метода, ультразвуковой дефектоскоп, компьютерная обработка
S.S. Shchegolev, A.G. Motkov, V.V. Pogorazdov
AN ALGORITHM FOR AUTOMATION OF ULTRASONIC FLAW DETECTION
OF BEARING RINGS
The paper considers the issue of automated recognition of defects in the bearing rings using the ultrasonic ^ flaw detector UD2-12 connected to the PC. Data processing is done using the PC and the developed SOFTWARE. The authors describe the algorithm of the operation.
Ring of the bearing, size of the defect, defect position, automation method ultrasonic flaw, computer processing
Автоматический поиск дефектов в любой области промышленности позволяет существенно упростить работу специалистов, уменьшить денежные и временные затраты на процесс обнаружения не-однородностей. В частности, актуальным является рассмотрение вопроса дефектоскопии деталей подшипниковой промышленности. Результатом такого поиска является заключение о разбраковке детали или ее дальнейшем использовании.
Вопросы, связанные с дефектоскопией изделий методами неразрушающего контроля, являются приоритетными и рассматриваются в различной литературе [1]. Перспективными считаются 2 метода обнаружения дефектов: ультразвуковой и виброакустический. Основные результаты их использования были рассмотрены в работах российских [2-4] и зарубежных авторов [5]. При этом не рассматривался вопрос автоматизации методов.
В связи с возникшей задачей автоматизации обнаружения дефектов в кольцах подшипников было разработано специализированное программное обеспечение, необходимое для анализа данных, полученных в результате проверки колец. Предложенное решение возможно применять на ремонтных предприятиях, занимающихся восстановлением колец.
Автоматизация и управление
На первом этапе происходит загрузка данных, полученных с дефектоскопа УД2-12 при автоматическом вращении кольца подшипника с постоянной скоростью за счет применяемого в системе шагового двигателя. УД2-12 предназначен для поиска дефектов в различных деталях и изделиях, в частности кольцах подшипников. За счет использования аналого-цифрового преобразователя (АЦП) происходит запись в массив для обработки на персональном компьютере (ПК). Данные представляют собой последовательность ординат графика, отображаемого на экране осциллографа, записанную через равные промежутки времени. Время записи двух последующих импульсов выставляется программно и ограничено рабочей частотой АЦП. В данном случае, частота равна 500 кГц, откуда период времени T, прошедший между записью двух значений, составит 2 мкс.
В полученном массиве присутствует незначимая информация, замедляющая его обработку. Для ее удаления производится выборка из массива положительных значений ординат.
Ордината зондирующего импульса составляет 160 единиц, но на графике и в массиве она находится в промежутке от 155 до 160 единиц. Это объясняется недостаточной частотой опроса для точной фиксации именно в точке 160 единиц. При этом координата y отраженного импульса даже на дефектах больших размеров (до 4 мм в диаметре поперечного сечения) не превышает 100 единиц. Для определения номеров позиций массива, на которых фиксируются зондирующие импульсы, проводится дополнительная выборка значений, больших 150 единиц.
Следующим шагом является определение номера позиции элемента массива, в котором хранится запись числа, большего 150. Если имеется несколько подряд идущих значений номеров позиций, то производится поиск позиции, в которой хранится максимальное значение ординаты путем сравнения их между собой. Эта позиция будет содержать максимальное значение зондирующего импульса. Определение позиции максимума зондирующего импульса необходимо для последующего поиска отраженного импульса.
Отраженный импульс может находиться в пределах следующих N позиций относительно определенной позиции зондирующего импульса. Число N зависит от толщины исследуемого образца и скорости распространения продольной волны в образце. В программу уже занесено значение скорости распространения волны в стали марки ШХ4.
Для автоматизации процесса выявления дефектов необходимо обеспечить равномерное вращение кольца. Это достигается использованием шагового двигателя или электродвигателя малой мощности с редуктором для понижения количества оборотов в минуту. При задании определенного времени полного оборота кольца и выбрав точку отсчета, по графику определяется момент времени обнаружения дефекта (на графике фиксируется увеличение амплитуды). Исходя из этих данных, вычисляется расстояние, пройденное датчиком от точки отсчета до фиксации дефекта. Как следствие, указывается координата обнаруженного дефекта непосредственно на кольце.
Проводится поиск локальных максимумов в промежутке позиций со значениями, начиная от номера позиции зондирующего импульса с прибавленным промежутком, за который этот импульс достигает значения, близкого к нулю (это необходимо для исключения фиксации самого зондирующего импульса), заканчивая номером позиции, равным номеру позиции зондирующего импульса с прибавленным к нему числом N. Все значения локальных максимумов заносятся в новый массив. По значениям ординат, занесенным в массив, можно однозначно судить о наличии дефекта.
Рис. 1. Графики, характеризующие наличие, положение (166 мм и 320 мм от точки начала сканирования) и размер дефекта (207 мкм и 201 мкм соответственно) в процессе поиска дефектов в материале кольца подшипника
В программе имеется возможность построения графиков, на которых дефект показан с привязкой к моменту его обнаружения. По оси абсцисс таких графиков возможен отсчет значения либо в соответствии с выбранной нулевой координатой, либо с моментом начала поиска дефектов.
После определения координаты дефекта производится определение глубины его залегания в материале кольца. Только зная глубину, можно однозначно указать, является ли это кольцо ремонтопригодным или бракуется.
За период времени Т зондирующий импульс, пущенный в исследуемый материал, дойдет до дефекта и отразится от него. Впоследствии будет принят пьезоэлектрическим преобразователем, о чем свидетельствует соответствующий импульс, появившийся на осциллографе. Зная время прохождения, производится расчет глубины залегания дефекта.
В результате проведенной автоматизации процесса дефектоскопии колец подшипников, возможна локализация дефекта с определением его размера, координат и глубины залегания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика / В.В. Клюев. М.: Машиностроение, 2003. 656 с.
2. Криворудченко В.Ф. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта / Р.А. Ахмеджанов,
B.Ф. Криворудченко. М.: Маршрут, 2005. 436 с.
3. Щеголев С.С. Оценка состояния колец подшипников с применением ультразвукового и акустического методов / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, А.А. Игнатьев // Вестник СГТУ. 2013. № 4 (73).
C. 132-135.
4. Щеголев С.С. Экспериментальное обнаружение неоднородностей в строении внешнего кольца подшипника качения колесной пары вагона / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, В.В. Погораздов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2012. С. 202-207.
5. Drury J.C. Ultrasonic Flaw detection For Technicians / J.C. Drury. 3d ed., Imex Gr., 2004.
Щеголев Сергей Сергеевич -
аспирант кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Sergey S. Shchegolev-
Postgraduate
Department of Automation, Control and Mechatronics,
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Мотков Александр Геннадьевич -
аспирант кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Погораздов Валерий Васильевич -
доктор технических наук, профессор кафедры «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Alexandre G. Motkov-
Postgraduate
Department of Automation, Control and Mechatronics,
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Valeriy V. Pogorazdov-
Dr. Sc., Professor
Department of Designing Technical
and Technological Complexes,
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Захарченко Михаил Юрьевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А.
Статья
Mikhail Yu. Zakharchenko -
Ph. D., Associate Professor Department of Automation, Control and Mechatronics,
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
пила в редакцию 15.03.14, принята к опубликованию 16.06.14
