RU187834U1

RU187834U1 - EMA installation for industrial automated ultrasonic monitoring of metal products

Info

Publication number: RU187834U1
Application number: RU2018111282U
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Кашин
Original assignee: Алексей Михайлович Кашин
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-03-19

Abstract

Использование: для автоматизированного ультразвукового (УЗ) контроля металлопродукции в промышленности. Сущность полезной модели заключается в том, что установка содержит первый и второй модули раздельного двухэтапного контроля, функциональные узлы управления и обработки измерительной информации. В состав модулей входят ЭМАП и несущие элементы для перемещения. На первом этапе первый модуль обеспечивает контроль объекта в прямом направлении. На втором этапе второй модуль обеспечивает контроль объекта в обратном направлении. Технический результат: обеспечение возможности повышения достоверности контроля за счет восстановления симметрии диаграммы поля излучения ЭМАП при совместной обработке полезных сигналов. 1 з.п. ф-лы, 9 илл.Usage: for automated ultrasonic (US) control of metal products in industry. The essence of the utility model lies in the fact that the installation contains the first and second modules of separate two-stage control, functional control units and processing of measurement information. The composition of the modules includes EMAT and supporting elements for movement. At the first stage, the first module provides control of the object in the forward direction. In the second stage, the second module provides control of the object in the opposite direction. Effect: providing the possibility of increasing the reliability of control by restoring the symmetry of the EMF radiation field diagram during joint processing of useful signals. 1 s.p. f-ly, 9 ill.

Description

Полезная модель относится к средствам технической диагностики, а именно к устройствам для промышленного автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗK) металлопродукции. Основной областью применения технического решения является потоковый контроль трубной металлопродукции и иного круглого проката.The utility model relates to technical diagnostics, namely, devices for industrial automated ultrasonic testing (AUZK) of metal products. The main field of application of the technical solution is the flow control of pipe metal products and other round products.

Из патентного документа RU 175875 U1 от 21.12.2017 известна электромагнитно-акустическая (ЭМА) установка для АУЗK трубной и иной металлопродукции, содержащая первый и второй модули раздельного двухэтапного высокопроизводительного контроля. В состав указанных модулей входят электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП) для прозвучивания объекта металлопродукции и несущие элементы для перемещения данных ЭМАП в рабочих зонах модулей. Известная установка также содержит функциональные узлы управления и обработки измерительной информации, связанные с указанными модулями контроля. При этом функциональные узлы управления и обработки измерительной информации выполнены с возможностью контроля на первом этапе одной половинной части объекта посредством первого модуля контроля и с возможностью контроля на втором этапе другой половинной части объекта при помощи второго модуля контроля. Пространственное расположение модулей выбрано из условия охвата рабочими зонами модулей соответствующих половинных частей объекта в процессе контроля.From the patent document RU 175875 U1 dated 12/21/2017, an electromagnetic-acoustic (EMA) installation is known for AUSK pipe and other metal products containing the first and second modules of a separate two-stage high-performance control. The composition of these modules includes electromagnetic-acoustic transducers (EMAT) for sounding the metal product and load-bearing elements for moving EMAT data in the working areas of the modules. The known installation also contains functional units of control and processing of measuring information associated with these control modules. At the same time, the functional units for controlling and processing the measurement information are configured to control at the first stage of one half of the object using the first control module and with the ability to control at the second stage of the other half of the object using the second control module. The spatial arrangement of the modules is selected from the condition that the working zones cover the modules of the corresponding half of the object in the control process.

Неподвижный ЭМАП возбуждает симметричные по амплитуде разнонаправленные УЗ волны в объекте контроля. Однако для сканирования объекта контроля необходимо приведение ЭМАП в движение, что вызывает искажение поля излучения ЭМАП, из-за чего в контроле преимущественно участвуют только УЗ волны распространяющиеся в направлении против направления движения, что приводит к ослаблению измерительного сигнала и не позволяет считать достоверным контроль на наличие продольных дефектов. По аналогичной причине известная установка не может также обеспечить достоверность контроля поперечных дефектов.The stationary EMAT excites multidirectional ultrasound waves symmetrical in amplitude in the control object. However, to scan the test object, it is necessary to bring the EMAT into motion, which causes a distortion of the EMAT radiation field, because of which only ultrasound waves propagating in the opposite direction of motion are involved in the control, which leads to a weakening of the measuring signal and does not allow the presence of control longitudinal defects. For a similar reason, the known installation cannot also ensure the reliability of the control of transverse defects.

Решаемой технической проблемой является выявление дефектов различной ориентации в объекте металлопродукции ЭМА установкой в условиях раздельного двухэтапного контроля. Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в увеличении достоверности контроля металлопродукции на наличие как продольных, так и поперечных дефектов.The technical problem to be solved is the identification of defects of various orientations in the metal product of an EMA installation under separate two-stage control. The technical result provided by this useful model is to increase the reliability of control of metal products for the presence of both longitudinal and transverse defects.

Технический результат достигается благодаря тому, что в установке для УЗ объекта металлопродукции, содержащей первый и второй модули раздельного двухэтапного контроля, в состав которых входят ЭМАП для прозвучивания объекта металлопродукции и несущие элементы для перемещения данных ЭМАП в рабочих зонах модулей, содержащей также функциональные узлы управления и обработки измерительной информации, связанные с указанными модулями контроля, функциональные узлы управления и обработки измерительной информации выполнены с возможностью контроля объекта на первом этапе по всей его длине в прямом направлении посредством первого модуля и в обратном направлении на втором этапе посредством второго модуля.The technical result is achieved due to the fact that in the installation for the ultrasound of the metal product containing the first and second modules of separate two-stage control, which include EMAT for sounding the metal product and load-bearing elements for moving EMAT data in the working areas of the modules also containing functional control units and processing of measurement information associated with the specified control modules, functional control units and processing of measurement information are configured to At the first stage, the object is scanned along its entire length in the forward direction by the first module and in the opposite direction in the second stage by the second module.

В частном случае осуществления полезной модели первый модуль установки включает в себя линейный привод для перемещения ЭМАП данного модуля вдоль объекта металлопродукции в прямом направлении и механизм прямого осевого вращения объекта металлопродукции. При этом второй модуль содержит линейный привод для перемещения ЭМАП данного модуля вдоль объекта металлопродукции в обратном направлении и механизм обратного осевого вращения объекта металлопродукции.In the particular case of the implementation of the utility model, the first installation module includes a linear drive for moving the EMAT of this module along the metal product in the forward direction and a mechanism for the direct axial rotation of the metal product. In this case, the second module contains a linear drive for moving the EMAT of this module along the metal product in the opposite direction and a mechanism for the reverse axial rotation of the metal product.

Полезная модель поясняется следующими чертежами, на которых в качестве примера показана предпочтительная конструкция установки для промышленного АУЗK стальных труб и подобной металлопродукции.The utility model is illustrated by the following drawings, which show, by way of example, the preferred design of a plant for industrial AUSK steel pipes and similar metal products.

Фиг. 1: структурная схема установки для АУЗK, вид спереди и в плане.FIG. 1: block diagram of the installation for AUZK, front view and plan.

Фиг. 2: установка для АУЗK, вид со стороны левого бока.FIG. 2: installation for AUZK, view from the left side.

Фиг. 3: диагностируемая труба проходит первый этап АУЗK.FIG. 3: the diagnosed tube passes the first stage of the AUSK.

Фиг. 4: эта же труба проходит второй этап АУЗK.FIG. 4: the same pipe passes the second stage of the AUSK.

Фиг. 5-6: одновременный АУЗK двух труб, вид в плане и сбоку.FIG. 5-6: simultaneous AUSK of two pipes, plan view and side view.

Фиг. 7: диаграмма поля излучения неподвижного ЭМАП.FIG. 7: diagram of the radiation field of a stationary EMAT.

Фиг. 8: диаграмма поля излучения ЭМАП при вращении диагностируемой трубы.FIG. 8: EMAT radiation field diagram during rotation of the diagnosed pipe.

Фиг. 9: диаграмма поля излучения ЭМАП при его линейном перемещении вдоль продольной оси трубы.FIG. 9: EMF radiation field diagram for its linear movement along the longitudinal axis of the pipe.

Автоматизированная установка для АУЗK обеспечивает первую зону контроля 1 объекта металлопродукции и вторую зону его контроля 2. Установка содержит электронный блок 3, портал 4, первый ЭМА модуль контроля 11, механизм 12 прямого вращения металлопродукции, ролики 13, а также второй ЭМА модуль контроля 21, механизм 22 обратного вращения металлопродукции и ролики 23 (фиг. 1).An automated installation for AUZK provides the first control zone 1 of the metal production facility and the second control zone 2. The installation contains an electronic unit 3, a portal 4, a first EMA control module 11, a mechanism 12 for direct rotation of metal products, rollers 13, and a second EMA control module 21, the mechanism 22 of the reverse rotation of metal products and rollers 23 (Fig. 1).

Оба ЭМА модуля 11, 21 конструктивно идентичны, в состав каждого из них входят: ЭМАП 101 с отдельными рабочими катушками для контроля продольных и поперечных дефектов, моторизированная каретка 102 с колесной парой и датчиками координат, Г-образный кронштейн 103 с сервоприводами (фиг. 2). Механизмы 12, 22 представляют собой электромеханические индивидуальные приводы роликов 13, 23. Каретки 102 и механизмы 12, 22 также снабжены управляемыми электроприводами. Электронный блок 3 включает в себя дефектоскопическую электронику, функциональные узлы общего автоматического управления и обработки измерительной информации, выполнен в виде цифрового вычислительного устройства. Портал 4 состоит из горизонтальной балки и пары боковых вертикальных стоек, совместно образующих неподвижную станину П-образной формы при виде спереди. Расстояние между опорами и высота расположения балки выбраны из условия перемещения через портал 4 диагностируемой металлопродукции.Both EMA modules 11, 21 are structurally identical, each of them includes: EMAP 101 with separate working coils for monitoring longitudinal and transverse defects, a motorized carriage 102 with a pair of wheels and coordinate sensors, an L-shaped bracket 103 with servos (Fig. 2 ) The mechanisms 12, 22 are individual electromechanical drives of the rollers 13, 23. The carriages 102 and the mechanisms 12, 22 are also equipped with controlled electric drives. The electronic unit 3 includes a flaw detector electronics, functional units of the general automatic control and processing of measurement information, made in the form of a digital computing device. Portal 4 consists of a horizontal beam and a pair of side vertical struts, together forming a fixed U-shaped bed when viewed from the front. The distance between the supports and the height of the beam are selected from the conditions of movement through the portal 4 of the diagnosed metal products.

ЭМАП 101 жестко связан с кареткой 102 через кронштейн 103. Каретка 102 и кронштейн 103 являются элементами линейного привода ЭМАП 101, выполненного с возможностью задания пространственного расположения модуля на горизонтальной балке портала 4 по всей длине объекта контроля. ЭМА модули 11, 21 закреплены на балке портала 4 с возможностью линейного перемещения без пересечения траекторий движения. Для исключения опасности выхода колес кареток 102 за пределы балки портала 4 в конструкции установки предусмотрены направляющие элементы, в виде, например, рельсового пути, и ограничители хода. Ролики 13, 23 смонтированы на общей платформе-основании, неподвижно сопряженной с порталом 4, и соединены с механизмами 12, 22 соответственно. ЭМАП 101, электромоторы кареток 102 ЭМА модулей 11, 21 и приводов механизмов 12, 22 электрически связаны с электронным блоком 3 через сигнальные, управляющие и силовые входы-выходы. Электронный блок 3 размещен в отдельном корпусе, прикрепленном к стойке портала 4 посредством несущих и соединительных элементов. ЭМАП 101, линейные приводы для их перемещения, включая каретки 102, механизмы 12, 22, а также все другие части установки соединены между собой сборочными операциями, обеспечивающими конструктивное единство и реализацию установкой общего функционального назначения.EMAP 101 is rigidly connected with the carriage 102 through the bracket 103. The carriage 102 and the bracket 103 are elements of the linear EMAT 101 drive, configured to set the spatial location of the module on the horizontal beam of the portal 4 along the entire length of the control object. EMA modules 11, 21 are mounted on the beam of the portal 4 with the possibility of linear movement without intersecting the motion paths. To eliminate the danger of the wheels of the carriages 102 beyond the gantry of the portal 4, the design of the installation includes guide elements, for example, in the form of a rail track, and travel limiters. The rollers 13, 23 are mounted on a common base platform, fixedly connected to the portal 4, and connected to the mechanisms 12, 22, respectively. ЭМАП 101, electric motors of carriages 102 ЭМА modules 11, 21 and drives of mechanisms 12, 22 are electrically connected to the electronic unit 3 via signal, control and power inputs / outputs. The electronic unit 3 is placed in a separate housing attached to the rack of the portal 4 by means of supporting and connecting elements. EMAP 101, linear drives for their movement, including carriages 102, mechanisms 12, 22, as well as all other parts of the installation are interconnected by assembly operations, providing constructive unity and implementation by the installation of general functional purpose.

Установка функционирует следующим образом.The installation operates as follows.

На ролики 13 в первой зоне контроля 1 помещают диагностируемую стальную трубу 5 (фиг. 3). Затем устанавливают ЭМАП 101 модуля 11 в исходное пространственное положение на краю трубы 5, управляя кареткой 102 данного модуля и сервоприводами для точного позиционирования ЭМАП 101 в непосредственной близи от внешней поверхности трубы 5. После чего инициализируют электронным блоком 3 возбуждение УЗ колебаний и приводят в движение механизм 12, вращающий ролики 13 и расположенную на них трубу 5 вокруг ее продольной оси в заданном направлении, условно принятом за прямое направление. Одновременно с этим поступательно перемещают ЭМАП 101 вдоль всей трубы 5 посредством линейного привода и производят прозвучивание данной трубы. В результате ЭМАП 101 движется относительно поверхности трубы 5 по цилиндрической винтовой траектории. Измерительную информацию передают от ЭМА модуля 11 в блок 3. После того, как спиральное сканирование охватило всю поверхность объекта контроля, включая тело трубы 5 и ее концы, данную трубу через створ портала 4 перекладывают на ролики 23 второй зоны контроля 2 (фиг. 4), устанавливают ЭМАП 101 ЭМА модуля 21 в исходное положение на том краю трубы 5, где было завершено сканирование ЭМА модулем 11. После чего приводят в движение механизм 22, вращая с его помощью трубу 5 в обратном направлении, и осуществляют остальные действия аналогично тому, как это было сделано в первой зоне контроля 1. Таким образом, контроль осуществляют раздельно по времени, а диагностика проводят в два этапа, измерительные результаты объединяет блок 3 в общем выводе единого протокола контроля. В результате вся труба 5 оказывается подвергнутой технической диагностике и проконтролированной. Если в процессе происходит выявление какого-либо дефекта, то сообщение об этом выводится оператору установки. Подобным образом возможен неразрушающий контроль и иных объектов цилиндрической формы.On the rollers 13 in the first control zone 1 is placed diagnosed steel pipe 5 (Fig. 3). Then, the EMAT 101 of the module 11 is installed in the initial spatial position on the edge of the pipe 5, controlling the carriage 102 of this module and the servos to accurately position the EMAT 101 in the immediate vicinity of the outer surface of the pipe 5. Then, the excitation of ultrasonic vibrations is initiated by the electronic unit 3 and the mechanism is set in motion 12, the rotating rollers 13 and the pipe 5 located on them around its longitudinal axis in a predetermined direction, conventionally taken as a direct direction. At the same time, EMAT 101 is progressively moved along the entire pipe 5 by means of a linear drive and the sounding of this pipe is performed. As a result, the EMAT 101 moves relative to the surface of the pipe 5 along a cylindrical helical path. Measurement information is transmitted from the EMA of module 11 to block 3. After the spiral scan has covered the entire surface of the test object, including the body of the pipe 5 and its ends, this pipe through the portal portal 4 is transferred to the rollers 23 of the second control zone 2 (Fig. 4) , set the EMAT 101 EMA module 21 to its original position on the edge of the pipe 5 where the scanning of the EMA module 11 was completed. After that, the mechanism 22 is set in motion by rotating the pipe 5 in the opposite direction, and carry out the remaining actions in the same way as it was with done in the first control zone 1. Thus, the control is carried out separately in time, and the diagnostics are carried out in two stages, the measurement results are combined by unit 3 in the general conclusion of a single control protocol. As a result, the entire pipe 5 is subjected to technical diagnostics and controlled. If a defect is detected in the process, a message about this is displayed to the installation operator. Similarly, non-destructive testing of other objects of a cylindrical shape is possible.

На практике ЭМА модули 11, 21 работают одновременно, сканируя сразу две трубы 5 (фиг. 5 и 6), что положительно сказывается на производительности контроля благодаря раздельности двухэтапного контроля. При этом данные трубы вращают во взаимно противоположных направлениях, а модули 11, 21 линейно перемещают также во взаимно противоположных направлениях.In practice, the EMA modules 11, 21 operate simultaneously, scanning two pipes 5 at once (Figs. 5 and 6), which positively affects the monitoring performance due to the separateness of the two-stage control. In this case, these pipes rotate in mutually opposite directions, and the modules 11, 21 linearly move also in mutually opposite directions.

Непосредственно сразу после начального позиционирования ЭМАП 101 ЭМА модуля 11 на краю неподвижной трубы 5 поле излучения данного ЭМАП имеет симметричные лепестки диаграммы направленности относительно нормали (фиг. 7). После начала вращения трубы 5 поле излучения ЭМАП 101 искажается и размер переднего лепестка диаграммы в процессе сканирования не совпадает с размером заднего лепестка так как амплитуда УЗ волны, распространяющейся вдоль линии вращения трубы 5, ослабевает (фиг. 8, стрелкой обозначено направление вращения трубы) и в контроле участвуют только УЗ волны, распространяющиеся в направлении против направления движения, из-за чего достоверность контроля трубы 5 на наличие продольных дефектов оказывается сниженной. Помимо этого, не обеспечивается приемлемое качество в части контроля поперечных дефектов, если ЭМАП 101 линейно перемещают вдоль трубы только в одном направлении, по причине того, что при этом диаграмма направленности, характеризуется наличием хорошо выраженного переднего лепестка и ослабеванием заднего лепестка (фиг. 9, стрелкой обозначено направление движения ЭМАП). В настоящем техническом решении недостаточное качество измерительной информации в первой зоне контроля 1 компенсирует дополнительное измерение во второй зоне контроля 2, характеризующееся тем, что ЭМАП 101 проходит над объектом контроля в обратном направлении, что позволяет после обработки полезных сигналов получить эффективную диаграмму направленности с восстановленной симметрией и повысить общее качество измерительной информации, а следовательно и достоверность контроля продольных и поперечных дефектов.Immediately after the initial positioning of the EMAT 101, the EMAT module 11 on the edge of the fixed pipe 5, the radiation field of this EMAT has symmetrical lobes of the radiation pattern relative to the normal (Fig. 7). After the start of rotation of the pipe 5, the EMAT 101 radiation field is distorted and the size of the front lobe of the diagram during scanning does not coincide with the size of the rear lobe since the amplitude of the ultrasonic wave propagating along the rotation line of the pipe 5 weakens (Fig. 8, the arrow indicates the direction of rotation of the pipe) and only ultrasonic waves propagating in the direction opposite to the direction of movement participate in the control, which is why the reliability of the control of the pipe 5 for the presence of longitudinal defects is reduced. In addition, acceptable quality is not ensured in terms of the control of transverse defects if the EMAT 101 are linearly moved along the pipe in only one direction, due to the fact that the radiation pattern is characterized by the presence of a pronounced front lobe and the weakening of the back lobe (Fig. 9, the arrow indicates the direction of movement of the EMAT). In the present technical solution, the insufficient quality of the measurement information in the first control zone 1 compensates for the additional measurement in the second control zone 2, characterized in that the EMAT 101 passes over the control object in the opposite direction, which allows to obtain an effective radiation pattern with restored symmetry after processing the useful signals and to increase the overall quality of the measurement information, and therefore the reliability of the control of longitudinal and transverse defects.

При необходимости проведения независимого контроля продольных и поперечных дефектов осуществляют контроль по участкам трубы. Для контроля продольных дефектов устанавливают ЭМА модуль в исходное положение, затем вращают трубу сначала в одну сторону на один полный оборот, а затем в обратном направлении, после чего линейно перемещают ЭМА модуль вдоль трубы на один шаг и повторяют все действия пока вся труба не подвергнется контролю. Контроль поперечных дефектов начинают с полного линейного прохода ЭМА модуля от одного конца неподвижной трубы до ее другого конца и обратно, после чего поворачивают трубу на один шаг, не превышающий ширину рабочей зоны ЭМАП, и повторяют указанные действия в течение полного оборота трубы. При этом одна зона контроля установки может быть использована только для контроля продольных дефектов, а вторая зона контроля только для контроля поперечных дефектов.If it is necessary to conduct independent monitoring of longitudinal and transverse defects, control over sections of the pipe is carried out. To control longitudinal defects, the EMA module is set to its initial position, then the pipe is rotated first in one direction one full revolution, and then in the opposite direction, after which the EMA module is linearly moved along the pipe by one step and all the steps are repeated until the entire pipe is inspected . The control of transverse defects begins with a full linear passage of the EMA module from one end of the stationary pipe to its other end and vice versa, after which the pipe is turned by one step, not exceeding the width of the EMAT working area, and the above steps are repeated for a full revolution of the pipe. Moreover, one control zone of the installation can only be used to control longitudinal defects, and the second control zone only to control lateral defects.

Claims

1. Installation for ultrasonic testing of a metal product, containing the first and second modules of separate two-stage control, which include EMAT for sounding the metal product and load-bearing elements for moving EMAT data in the working areas of the modules, which also contains functional control units and processing measurement information related with the specified control modules, in which all parts are interconnected by assembly operations, ensuring structural unity and the implementation of a common fu functional purpose, characterized in that the functional units of control and processing of measuring information are configured to control the object at the first stage along its entire length in the forward direction through the first module and in the opposite direction at the second stage through the second module.

2. The installation according to claim 1, characterized in that the first module includes a linear actuator for moving the EMAT of this module along the metal product in the forward direction and a mechanism for direct axial rotation of the metal product, and the second module contains a linear actuator for moving the EMAT of this module along the metal product in the opposite direction and the mechanism of the reverse axial rotation of the metal product.