--PAGE_BREAK--проходные экранные ВТП, соответственно первого и второго типов согласно (рис. 1.11 и 1.12).
Рисунок 1.10 – Комбинированные ВТП
Особую разновидность представляют собой экранные ВТП, отличающиеся тем, что у них возбуждающие и измерительные обмотки разделены контролируемым объектом. Различают накладные экранные ВТП и проходные экранные ВТП, соответственно первого и второго типов.
Накладной экранный преобразователь (обозначения см. проходные).
Рисунок 1.11 – Накладной экранный преобразователь
а – абсолютный; б – дифференциальный; 1 – объект контроля; 2 – возбуждающая обмотка; 3 – измерительная обмотка
Рисунок 1.12 – Проходные трансформаторные преобразователи
По виду преобразования параметров объекта в выходную величину ВТП делят на трансформаторные и параметрические. В трансформаторных ВТП, имеющих как минимум две обмотки (возбуждающую и измерительную), параметры объекта контроля преобразуются в напряжение измерительной обмотки, а в параметрических, имеющих, как правило, одну обмотку — в комплексное сопротивление. Преимущество параметрических ВТП заключается в их простоте, а недостаток, который значительно слабее выражен в трансформаторных ВТП, — зависимость выходной величины от температуры преобразователя.
1.3 Приборы контроля толщин покрытий кузова
Действие приборов магнитостатического типа основано на определении вариации напряженности магнитного поля (с помощью датчиков Холла, феррозондов, рамки с током, магнитной стрелки и т. п.) в цепи электромагнита или постоянного магнита при изменении расстояния между ним и ферримагнитным изделием из-за наличия немагнитного покрытия.
В большинстве современных магнитных толщиномеров покрытий используется двухполюсная магнитная система с постоянными стержневыми и П-образ-ными магнитами. Простейшими приборами такого типа являются толщиномеры, в которых применение П-образного магнита сочетается с использованием механической магнитоуравновешенной системы, расположенной в межполюсном пространстве магнита.
При всех преимуществах двухполюсных систем, используемых в магнитной толщинометрии покрытий, они имеют недостатки. Они чувствительны к анизотропии свойств и к чистоте обработки ферромагнитного основания; кроме того, при их использовании необходимо обеспечивать одинаковый и надежный контакт полюсов преобразователя с контролируемой поверхностью.
а – прибор с П-образным электромагнитом; б – со стержневым магнитом; 1 – электромагнит; 4 — ферромагнитное изделие; 3 – немагнитное покрытие; 4 — преобразователь Холла; 5 – измерительный прибор, 6 – постоянный магнит
Рисунок 1.13 – Схема действия магнитостатических толщиномеров с датчиками Холла
Последнее время стали применять так называемые однополюсные преобразователи со стержневыми магнитами. Для уменьшения потока рассеяния контактирующий с изделием полюс магнита выполняют в виде полусферы из магнито-мягкого материала.
Наиболее распространенным способом получения информации о толщине покрытия является размещение магниточувствительных элементов в магнитной нейтрали либо непосредственно у полюсов магнита с использованием дифференциального включения магниточувствительных элементов, что обеспечивает работу преобразователя в режиме «нулевого» начального сигнала.
При работе с магнитными толщиномерами необходимо учитывать многочисленные факторы, влияющие на результаты измерений. К ним относятся колебания магнитных свойств покрытия или подложки, состояние поверхности, геометрия изделия и др. В значительной мере влияние этих факторов обусловлено размерами и геометрией магнита, топографией и напряженностью магнитного поля. В связи с возросшими требованиями к точности и надежности производственного контроля толщины покрытий резко возросли требования к их метрологическому обеспечению.
Для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитной основе широкое распространение получили индукционные толщиномеры. Действие их основано на определении изменения магнитного сопротивления (проводимости) магнитной цепи, состоящей из ферромагнитной основы (деталь), преобразователя прибора и немагнитного зазора между ними, который является объектом измерений.
1 – измерительный преобразователь; 2 – генератор; 3 – блок обработки сигнала; 4 – блок модулятора; 5 – блок автоматики; 6 – блок питания
Рисунок 1.14 – Схема индукционного толщиномера
Преобразователь 1 представляет собой три катушки: возбуждающую и две индикаторные, включенные дифференциально. Катушки размещены на ферромагнитном сердечнике.
Возбуждающая катушка питается переменным током частоты 200 Гц. Вдали от ферромагнитной детали ЭДС, наводимые на индикаторные катушки, расположенные по обе стороны от возбуждающей, взаимно компенсируются. При перенесении преобразователя к ферромагнитной детали, его магнитная симметрия нарушается и в индикаторной обмотке наводится ЭДС, которая в известных пределах пропорциональна расстоянию между деталью и преобразователем. Для питания преобразователя служит генератор 2, формирующий напряжение синусоидальной формы, частотой 200 Гц.
Одновременно генератор является источником опорного напряжения, подаваемого на блок обработки сигнала 3. Последний состоит из усилителей опорного напряжения и преобразователя сигнала. После усиления оба напряжения подаются на фазочувствительный выпрямитель, являющийся частью блока обработки сигнала. Выпрямленное напряжение после усиления в усилителе постоянного тока подается на стрелочный прибор, показания которого пропорциональны измеряемой толщине покрытия.
В данном приборе блоки модулятора 4 и автоматики 5 служат для автоматической разбраковки контролируемых деталей. Блок модулятора предназначен для преобразования постоянной составляющей сигнала, выделяемой амплитудно-фазовым детектором, в сигналы прямоугольной формы, подающиеся на блок автоматики. Последний позволяет автоматически регистрировать и прослеживать уровень импульсных сигналов, пропорциональных толщине покрытия
В отличие от вихретоковых приборов показания индукционных толщиномеров не зависят от электропроводности материала покрытий. Поэтому при измерениях используют единые шкалы для всего диапазона контролируемых немагнитных покрытий.
Для увеличения точности измерений электромагнитное поле локализовано с помощью удлиненного ферромагнитного стержня и шарикового наконечника. Это позволяет измерять толщину в пятне контроля площадью ~1 мм2. Краевой эффект проявляется на расстоянии порядка 3…4 мм. Отклонение оси датчика от положения нормали к контролируемой поверхности в пределах 10° не приводит к увеличению погрешности измерений.
В приборах используют накладные датчики двух типов:
— датчик для измерения покрытий на деталях небольших размеров с криво линейной поверхностью и сложной конфигурации, конструктивно оформленный по типу шариковой авторучки;
— датчик для измерения покрытий на плоских поверхностях, выполненный в призматическом корпусе и имеющий подпружиненный контакт и трехточечную опору.
По сравнению с толщиномерами покрытий значительно меньшее распространение получили магнитные толщиномеры для измерения толщины изделий из ферромагнитных материалов. Это объясняется сложностью создания таких приборов с малой погрешностью, особенно при измерении больших толщин.
Толщиномеры электропроводящего слоя. Электромагнитные толщиномеры целесообразно применять для контроля электропроводящих слоев толщиной не более 5…10 мм. Эти приборы особенно эффективны для измерения толщин 0,3 мм. Обычно электромагнитные толщиномеры применяют для контроля неферромагнитных слоев, хотя имеются приборы и для ферромагнитных слоев.
Существуют одно-, двух- и трехпараметровые толщиномеры. Подавляемые факторы: вариации зазора, σ или μ. Однопараметровые приборы практически не применяют из-за больших погрешностей, вызываемых влиянием вариаций зазора (даже при плотном прижатии преобразователя).
Теоретический анализ выходного сигнала накладного ВТП показывает, что при контроле деталей в слабых магнитных полях отношение чувствительностей амплитуды сигнала преобразователя к зазору и к магнитной проницаемости или σ материала растет пропорционально увеличению частоты тока питания преобразователя. В случае высокой частоты тока питания и μ = 1 вносимое реактивное сопротивление (напряжение) не зависит от σ. В связи с этим, как правило, электромагнитные измерители зазоров, диаметров и вибраций имеют высокочастотные ВТП и измерительные схемы, слабо реагирующие на вносимое активное сопротивление (напряжение). Повышение абсолютной чувствительности достигается за счет использования дифференциальных многовитковых накладных ВТП или ВТП, включенных в резонансную схему.
Бесконтактность, быстродействие (суммарное время переходных процессов может быть уменьшено до микросекунд), простота и возможность проведения измерения в агрессивных средах выгодно отличают электромагнитные измерители зазоров, диаметров и вибрации. Особенностью этих приборов является и возможность получения линейных характеристик зависимости выходного сигнала от зазора за счет применения специальных конструкций преобразователя и схем линеаризации.
Метод вихревых токов широко применяют для контроля механического состояния различных деталей кузова автомобиля.
2 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ НЕМАГНИТНОГО ПОКРЫТИЯ
2.1 Измерители толщины немагнитного покрытия стальных поверхностей
При работах, связанных с нанесением защитного покрытия на стальные поверхности, часто возникает необходимость определения толщины слоя. Несмотря на кажущуюся сложность, определить это можно несколькими простыми способами. В промышленных приборах для этого обычно применяют ультразвуковые толщиномеры, которые работают на принципе эхо – локации. К защитному слою прикладывается датчик, представляющий собой пьезоэлектрический преобразователь, на который подаются пачки ультразвуковых колебаний. Ультразвуковой сигнал проходит через защитное покрытие и отражается от металлической поверхности. Отражённый сигнал улавливается датчиком, усиливается и подаётся на фазовый детектор, который сравнивает фазу посланного и отражённого сигнала, а затем выдаёт сигнал, пропорциональный времени запаздывания, а значит и толщине покрытия. Этот способ достаточно точен, но очень сложен для самостоятельной реализации. Более простые устройства можно изготовить на базе ёмкостных или индуктивных датчиков. Погрешности измерения у этих устройств гораздо выше, чем у ультразвуковых измерителей, но в большинстве случаев это не принципиально. Если покрытие лакокрасочное, то можно воспользоваться ёмкостным датчиком, который представляет собой две небольшие металлические пластины, приклеенные к диэлектрическому основанию и прижимаемые к поверхности слоя. Между пластинами измеряется ёмкость, которая зависит от диэлектрической проницаемости покрытия и от его толщины. Прибор необходимо калибровать для каждого вида лакокрасочного покрытия. Более удобны индуктивные датчики. Датчик представляет собой миниатюрный Ш-образный трансформатор, собранный с одной стороны катушки, без замыкающих пластин. Если открытой стороной прижать его к металлической поверхности, то в зависимости от толщины немагнитного зазора, образовываемого защитным покрытием, изменяется индуктивность катушки. Один из способов измерения заключается в том, что катушку включают в качестве индуктивности LC — генератора низкой частоты. Далее сигнал подаётся на частотный детектор, а затем на устройство индикации.Способ хорош, но достаточно сложен. Схема устройства приведена на рис 2.1.
Рисунок 2.1 – Схема индуктивного толщиномера
Устройство представляет собой генератор стабильной частоты и амплитуды, последовательно с выходом которого включается индуктивный датчик, сопротивление которого пропорционально квадратному корню от индуктивности. Напряжение после датчика детектируется, нормализуется и подаётся на устройство индикации. Для индикации можно применить небольшой стрелочный индикатор, заново отградуировав его шкалу, но более удобной является светодиодная индикация. Трансформатор собран с одной стороны, без замыкающих пластин, и залит эпоксидной смолой вместе с остальными элементами, в небольшом корпусе. Рабочая поверхность датчика зашлифована до блеска металла.
Достоинства прибора – его небольшие габариты и возможность измерять толщину любых немагнитных покрытий, даже электропроводных, например толщину алюминиевого напыления или медного гальванического покрытия на стальной поверхности. Прибор калибруется с помощью немагнитных пластин известной толщины. В схеме можно применить любые низковольтные операционные усилители с малым потреблением тока. У выбранных типов ОУ сопротивления резисторов между выводами 4 и 8 задают потребляемый ток и составляют 1...1,5 МОм. Можно использовать сдвоенные ОУ, например LM358 или аналогичные. Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К561ЛЕ5 или любые инверторные логические элементы. Если требуется повысить точность аналого-цифрового преобразователя, вместо цифровой микросхемы можно применить счетверённый компаратор LM339. Ещё более упростить схему можно применив микросхему A277 (К1003ПП1) для линейной световой индикации, правда возрастёт потребляемый ток. В этом случае микросхемы К561ЛА7 и КР1533ИД3 вместе с резисторами обвязки не понадобятся — вход микросхемы подключается на выход второго ОУ. Таймер NE555N (КР1006ВИ1) в схеме используется не только как генератор стабильной частоты для датчика, но и как инвертор отрицательной полярности для получения напряжения 2В, необходимого для нормальной работы ОУ. Правильно собранная схема начинает работать сразу, остаётся только индивидуально откалибровать светодиодную линейку индикации подстроечных резисторов и немагнитных пластин известной толщины.
2.2 Измерение толщины металлических покрытий на ферромагнитном основании
Прибор, ИТП-63, позволяет в любых производственных условиях определять толщину немагнитного покрытия без разрушения самого покрытия и детали. Толщина слоя покрытия, которую можно измерить с помощью этого прибора, лежит в пределах от 0 до 100 мк. При тщательной настройке прибора им можно измерять пленки толщиной до 500 мк. Прибор крайне прост по конструкции и может быть легко повторен по описанию, приведенному в статье, радиолюбителями средней квалификации. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока, однако при незначительных переделках его можно питать от встроенных источников тока. Толщиномер типа ИТП-63 предназначен для измерения толщины слоя хромового покрытия на ферромагнитных основаниях. Принцип действия прибора, схема которого изображена на рис. 2.2, основан на изменении индуктивного сопротивления датчика L1 в зависимости от толщины хромового покрытия.
Рисунок 2.2 – Схема толщемера
Датчик прибора включен в плечо моста. При изменении толщины покрытий (о) меняется индуктивное сопротивление датчика L1, нарушается равновесие моста и прибор на 100 мк фиксирует изменение тока. Шкала прибора градуируется в микронах, благодаря чему можно непосредственно измерять толщину хромового покрытия.
Градуировка толщинометра производилась на специальных образцах, толщина покрытия которых предварительно определялась микрометром с высокой точностью.
Получение двух крайних точек (нуль и максимум) осуществляется изменением сопротивлений R3 и R4.
Точность градуировки прибора сильно зависит от точности изготовления самого образца.
Чувствительность толщиномера определяется величиной выбранного напряжения питания для каждого прибора (до насыщения сердечника датчика и компенсирующего устройства). С увеличением напряжения чувствительность увеличивается. Кроме этого, чем больше число витков и сечение сердечника катушек L1 и L2, тем выше чувствительность прибора. Чувствительность толщиномера в значительной степени зависит от оптимального значения сопротивлений R3, R4 и емкости конденсатора С2.
При правильном подборе указанных элементов предел измерения можно довести до 500 мк.
Конструкция датчика компенсирующего устройства показана на рис. 2.3. Катушки L1 и L2 содержат по 800 витков провода ПЭЛ-0,21. Намотка катушек датчика и компенсирующего устройства производится внавал.
Указанные сопротивления R5–R6 и термистор типа Т8Р (или ТШ-1) служат для линеаризации шкалы прибора толщинометра.
Линейность шкалы толщиномера также зависит от характеристик термистора и диодов, включенных в в плечо моста.
Для стабилизации напряжения питания использованы сопротивления R1, R2, кремниевые стабилитроны типа Д809 и последовательно включенные с ними диоды типа Д7Д.
1 – корпус; 2 – винт; 3 – клемная панель; 4 – корпус магнитопровода; 5 – сердечник; 6 – корпус катушки; 7 – обмотка катушки; 8 – защитный стакан; 9 – приужина; 10 – шнур питания; 11 – каркас катушки
Pисунок 2.3 – Датчик компенсирующего устройства
Прибор выполнен в виде переносной конструкции с горизонтальным расположением указателя и с выносным датчиком.
Размеры прибора 210х150х70 мм.
Вес прибора с датчиком 2,1 кг.
Площадь соприкосновения датчика с измеряемым объектом 27х27 мм.
Прибор питается от сети переменного тока 220 В, предел измерения 0…100 мк.
Общая погрешность толщиномера не превышает 4%.
2.3 Применение толщиномера для контроля проката из алюминиевых сплавов
Технология производства и высокие требования к надежности при эксплуатации сложных авиационных и космических систем требуют решения целого ряда задач, связанных с измерением акустическими методами и приборами таких параметров, как время распространения ультразвуковых колебаний или его приращение, и получением на их основе расчетным путем значений толщины, скорости распространения ультразвуковых колебаний, анизотропии проката и его упругих характеристик. Одновременно, измерение амплитуды акустических сигналов позволяет определить наличие нарушений сплошности или качество неразъемных соединений (сварных, паяных, клеевых), оценить по характеру изменения амплитуд многократных эхо-сигналов степень коррозионного или эрозионного поражения, нарушения клеевого соединения.
Ультразвуковой контроль толщины стенки тонкостенных корпусов и элементов конструкций, труб топливопроводов является одним из важнейших направлений технической диагностики авиакосмических систем. При этом контроль проводят как в цеховых условиях предприятий авиакосмической промышленности, так и в ремонтных цехах, ангарах и на открытых площадках. Для обеспечения эффективного производства и безопасной эксплуатации аэрокосмической техники были созданы и освоены в эксплуатации несколько поколений ультразвуковых толщиномеров, предназначенных для автоматизированного и ручного контроля [1-7]. Однако большая часть из них морально и физически устарела, а многие вновь разработанные обладают весьма существенными недостатками. К ним относятся низкая производительность и достоверность при использовании пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), наличие большого количества влияющих факторов, продолжение
--PAGE_BREAK--отсутствие систем обработки сигналов и регистрации результатов, что снижает достоверность контроля.
Ограничения ультразвукового метода измерения толщины
Погрешность ультразвукового метода измерения толщины зависит от целого ряда влияющих факторов, накладываемых следующими ограничениями:
— вариацией скорости распространения ультразвуковых колебаний (УЗК);
— состоянием и геометрическими характеристиками изделия;
— качеством акустического контакта при использовании ПЭП;
— магнитными свойствами и электропроводностью материала изделия при использовании электромагнитно-акустических (ЭМА) преобразователей;
— температурой окружающей среды и др.
Исследование влияния различных факторов на погрешность измерения толщины металлоконструкций с применением ультразвуковых методов, выполненные в [1-4], показали, что основным фактором при использовании ПЭП, определяющим погрешность измерения толщины в зависимости от свойств материала, является вариация скорости распространения УЗ колебаний в направлении прозвучивания. При этом, поскольку калибровка ультразвуковых толщиномеров осуществляется по специальным калибровочным или эталонным образцам, возникающая относительная погрешность измерений равна относительным отклонениям действительного значения скорости УЗК в изделии от значения скорости, принятого при калибровке. Для исключения влияния разброса скорости УЗК при изготовлении стандартных образцов, как правило, в качестве исходной используется заготовка, из которой изготавливаются все образцы для данного аттестуемого комплекта. Однако, при применении указанных образцов для калибровки толщиномера перед контролем конструкций, изготовленных из проката, автоматически вносится погрешность, связанная с отличием условий распространения УЗК в направлении проката при прозвучивании образца и поперек проката при прозвучивании реального изделия. Поэтому при повышении требований к точности измерения толщины, возникает необходимость точного измерения скорости распространения УЗК в заданном направлении прозвучивания контролируемого материала, изготовления и аттестации соответствующих образцов для калибровки толщиномеров.
В связи с тем, что в зависимости от акустических и геометрических характеристик контролируемых изделий (толщины стенки, кривизны, шероховатости и непараллельности поверхностей и затухания УЗК в материале), амплитуда и форма многократных эхо-сигналов существенно изменяются [1], при проведении измерений возникает опасность внесения ошибок, связанных с флуктуацией амплитуды и потерей полуволны эхо-сигналов из-за влияния внешних факторов. Нестабильность качества акустического контакта, ухудшение которого приводит к уменьшению амплитуды эхо-сигналов и увеличению уровня помех, как справедливо отмечается в [1], связана как с субъективными факторами, так и с физическими свойствами контактной среды (жидкости или смазки).
Дополнительную погрешность, связанную с искажением формы и флуктуациями амплитуды сигнала, вносит механический износ, повреждения в виде царапин, выбоин и сколов рабочей поверхности ПЭП, находящейся в контакте с поверхностью контролируемого изделия, и разрушения акустического экрана в связи с чем уменьшается отношение сигнал/помеха. В процессе эксплуатации толщиномеров при отклонении температуры контролируемых изделий и призм ПЭП от принятой при юстировке отсчетного устройства вносится дополнительная погрешность, обусловленная физическими характеристиками материала изделия и призм. Наконец, существенную роль играют погрешности, связанные с влиянием таких характеристик изделия, как кривизна, шероховатость и непараллельность поверхностей изделия.
Все рассмотренные ограничения, за исключением связанных с влиянием качества акустического контакта и конструктивных элементов ПЭП, играют существенную роль и при использовании ЭМА преобразователей [8].
Для исключения или ослабления влияния указанных видов погрешностей на ее суммарное значение рекомендуется проводить корректировку вводимого юстировочного значения скорости распространения УЗК и показаний толщиномера на юстировочном образце, изготовленном из материала контролируемого изделия или близкого по акустическим свойствам, использовать целый ряд методических приемов, повышать требования к квалификации операторов, технологии и процедуре регистрации результатов контроля, что при проведении массового контроля толщины значительно усложняет процесс проведения измерений и снижает их достоверность.
Представленные в [5-7] электромагнитно-акустические (ЭМА) толщиномеры также не решают проблему снижения погрешности, повышения достоверности и автоматизации регистрации результатов контроля изделий, что связано с отсутствием в их составе систем обработки сигналов и неоптимальной конструкцией ЭМА преобразователей.
Принцип действия ЭМА толщиномера. Наиболее активно ультразвуковые толщиномеры используются для массового производственного контроля толщины различных марок алюминиевого проката в авиакосмической промышленности, предъявляющей к используемым методам и приборам измерения толщины весьма жесткие требования. Контролю подлежит листовой прокат, изделия цилиндрической и сферической формы в состоянии после прокатки или химфрезерования, при этом диапазон измеряемых толщин составляет 1…25 мм, минимальный радиус кривизны цилиндрических и сферических изделий около 1 м. При разбросе скоростей распространения ультразвуковых колебаний в пределах от 2500 до 6500 м/с допустимая погрешность измерения толщины не должна превышать 0,01 мм.
Основным отличием ЭМА тощиномера является то, что при его использовании не требуется создания акустического контакта, так как УЗК возникают непосредственно в поверхностном слое контролируемого металла (рис. 2.4). Толщиномер обеспечивает измерение толщины изделий из сплавов алюминия в диапазоне от 0,5 до 100 мм эхо-методом с применением ЭМА возбуждения и приема УЗ колебаний. Наиболее эффективно в алюминиевых сплавах с использованием ЭМА преобразования возбуждаются сдвиговые горизонтально-поляризованные волны (смещение частиц параллельно поверхности изделия), скорость распространения которых почти в 2 раза меньше скорости распространения продольной волны, что обеспечивает возможность измерения существенно меньших толщин проката из алюминиевых сплавов.
Рисунок 2.3 – Способ ЭМА возбуждения и приема сдвиговых горизонтально-поляризованных (SH) волн
Высокий в сравнении с другими металлами коэффициент двойного преобразования в алюминиевых сплавах в сочетании с использованием энергонезависимых постоянных магнитов на основе сплава «Неодим-железо-бор" (Nd-Fe-B) обеспечили возможность создания портативного толщиномера с малогабаритными ЭМА преобразователями (ЭМАП) совмещенного типа, обеспечивающими возбуждение и прием сдвиговых горизонтально-поляризованных волн в диапазоне рабочих частот от 2,5 до 5 МГц.
Другим принципиальным отличием рассмотренного толщиномера от предшественников является применение корреляционной обработки сигналов, что позволило практически исключить влияние изменения формы и амплитуды эхо-сигналов на погрешность измерений.
Толщиномер с помощью ЭМА преобразователя периодически возбуждает в контролируемом объекте короткие импульсы УЗК. С помощью этого же преобразователя импульсы многократно-отраженных ультразвуковых колебаний преобразуются в электрические сигналы, усиливаются и поступают в электронный блок толщиномера.
Рисунок 2.5 – Схема функциональная ЭМА толщиномера
Применение ЭМА преобразователя позволило реализовать еще одно принципиальное отличие толщиномера А1270 — непрерывное сканирование контролируемого изделия в процессе измерения толщины. В связи с этим алгоритмом обработки информации предусмотрен режим поиска и индикации минимальной толщины контролируемого изделия или отдельного участка. Одновременно с отображением измеренной толщины обеспечивается индикация установленной скорости распространения УЗ колебаний.
Устройство и возможности ЭМА рассмотренного толщиномера (рис. 2.5) состоит из электронного блока, в состав которого входят микроконтроллер (МК), блок цифровой обработки сигналов, усилитель, амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП), графический дисплей, клавиатура, USB-контроллер и источник питания, а также ЭМАП с встроенным блоком генератора импульсов возбуждения и предварительным усилителем.
После усиления и амплитудно-цифрового преобразования сигналов, их корреляционной обработки и выполнения вычислительных операций информация об измеренной толщине объекта контроля (ОК) сохраняется в памяти толщиномера, выводится на экран дисплея и в необходимых случаях с помощью USB интерфейса передается в ПК для более детального исследования или постоянного хранения. Толщиномер может работать в двух режимах измерения: основной режим измерения толщины (по умолчанию) и режим поиска и индикации минимальной толщины. Если в основном режиме измерения не произошло (не подключен или не установлен на изделие преобразователь, объект неконтролепригоден — отсутствуют информативные сигналы), на дисплее отображается только служебная информация. Если произошло измерение, на дисплее крупными цифрами отображается измеренная толщина в мм и выдается звуковой сигнал, подтверждающий факт измерения.
В случае необходимости более тщательных исследований состояния металла объекта контроля (дефекты, коррозия и т.д.) включается режим А -развертки, обеспечивающий возможность оценки состояния металла контролируемого объекта по амплитуде и форме эхо-сигналов, а также по характеру ослабления многократных эхо-сигналов.
Результаты измерения отображаются на дисплее в мм с дискретностью 0,01 мм в диапазоне толщин от 0,5 до 25 мм и 0,1 мм при измерении толщин более 25 мм. В качестве дисплея в приборе используется графический жидкокристаллический модуль с подсветкой при работе в условиях низкой освещенности. Толщиномер обеспечивает запись и сохранение в памяти более 2000 значений толщины, значение установленной или измеряемой скорости УЗК индицируется непрерывно.
В режиме поиска минимального значения толщины в заданной области контроля изделия после завершения цикла измерений на дисплее отображается минимальное значение толщины за весь цикл. Переключение режимов работы производится с помощью меню управления с клавиатуры.
Степень разряда аккуляторов отображается на дисплее прибора с помощью символа батареи. При использовании толщиномера в лабораторных и цеховых условиях предусмотрена возможность его питания от сетевого источника.
По конструктивному исполнению и эксплуатационным возможностям толщиномер является переносным портативным прибором для ручного ультразвукового контроля объектов в цеховых условиях и в условиях запыленности, повышенной влажности воздуха и умеренных осадков при работе на открытых площадках. Степень защиты от внешних воздействий соответствует IP65.
Для удобства работы оператора толщиномер комплектуется переносным чехлом, который позволяет закреплять его в произвольном положении на поясе или в нагрудном положении.
Наличие графического дисплея позволяет использовать ЭМА толщиномер в режиме дефектоскопии металла заготовок и изделий с целью обнаружения дефектов типа расслоений, неметаллических включений, эрозионных и коррозионных повреждений.
К дополнительным возможностям при использовании прибора в качестве дефектоскопа узлов летательных аппаратов можно отнести контроль сотовых конструкций с обшивками из алюминиевых сплавов и контроль клееных конструкций из алюминиевых сплавов, обнаружение и оконтуривание зон коррозионного повреждения обшивки из алюминиевых сплавов самолетов различных модификаций.
Благодаря возможности использования ЭМА преобразователей, обеспечивающих возбуждение сдвиговых волн с линейной поляризацией и измерение скорости распространения волны с поляризацией вдоль и поперек направления прокатки, толщиномер позволяет оценить степень анизотропии проката.
Возможность подключения прибора к персональным компьютерам создает предпосылки его использования при проведении исследований и совершенствовании технологии обработки металла и как инструмент для регистрации и накопления информации о технологическом процессе производства и техническом состоянии сложных конструкций.
При производственном контроле толщины проката в условиях машиностроительных предприятий, когда ставится задача контроля толщины с погрешностью не хуже 0,01 мм, необходимо перед началом контроля выполнить юстировку толщиномера на образцах металла контролируемой партии проката.
Устанавливая ЭМАП на поверхность металла проката и, перемещая его по заданной траектории, проводят контроль, в процессе которого на экране дисплея высвечивается значение измеренной толщины. При необходимости определения минимальной толщины в пределах проконтролированного участка используется режим поиска и индикации минимальной толщины, в этом случае по окончании цикла измерения на экране дисплея высвечивается значение минимальной толщины.
Каждый цикл измерения толщины завершается, при необходимости, сохранением результатов в памяти прибора, которые по окончании контроля через USB интерфейс передаются в базовый персональный компьютер для обобщения результатов контроля.
Измерения толщины и скорости распространения ультразвуковых колебаний выполнялись на стандартных образцах и реальных образцах из сплавов различных марок. Для проведения исследований разработан стенд, в состав которого включены стандартные приборы, цифровой осциллограф и персональный компьютер. Обработка сигналов осуществлялась с помощью стандартного и специально разработанного программного обеспечения.
Характерные реализации информативных сигналов при измерении малых толщин стандартных образцов и изделий и их автокорреляционные функции (АКФ) представлены на рис.2.6, рис.2.7. Особенно наглядно демонстрирует эффективность корреляционной обработки сигналов рис.2.6, на котором показана реализация информативных сигналов с соотношением сигнал-шум, не превышающим 1,2…1,5 раза.
Рисунок 2.6 – Характерная реализация информативного сигнала и его автокореляционной функции для проката из алюминиевого сплавова толщиной 0,285 мм
Рисунок 2.7 – Характерная реализация информативного сигнала и его автокореляционной функции для проката из алюминиевого сплавова толщиной 1,855 мм
Рисунок 2.8 – Характерная реализация информативного сигнала и его автокореляционной функции для проката из алюминиевого сплавова толщиной 4,315 мм
По результатам испытаний установлено, что прибор обеспечивает высокую точность и повторяемость при измерении на аттестованных стандартных образцах и реальных изделиях.
3 МЕТОД ПРОВЕРКИ СОСТОЯНИЯ КУЗОВА ТОЛЩИНОМЕРОМ
3.1 Диагностика лакокрасочного покрытия автомобиля
У современных автомобилей толщина лакокрасочного покрытия деталей кузова автомобиля одинакова. Последующее обновление лакокрасочного покрытия на любом, даже самом высококачественном оборудовании, будет отличаться от заводской покраски. Однако цена на такой автомобиль, в зависимости от года выпуска и модели транспортного средства, будет отличаться от 1 до 10 тыс. у.е. Продавцы зачастую скрывают подлинную историю автомобиля, а покупатель даже не подозревает о том, в каких переделках побывал покупаемый автомобиль. Практика показала что продавцы покупают автомобиль с повреждениями деталей кузова за 5000…15000 дол. США, а после ремонта продают за 20000…30000 дол. США, как не имеющий повреждений. Верить людям надо, но даже честные продавцы могут искренне заблуждаться относительно действительного состояния своего автотранспорта.
Выявление мест перекрашивания или обновления лакокрасочного покрытия на кузове автомобиля. У большинства современных отечественных и импортных производителей толщина лакокрасочного покрытия (далее ЛКП) деталей кузова нового автомобиля одинаково и составляет 90…165 мкм, а на углах и округлениях может доходить до 180 мкм. Если автомобиль перекрашивали, толщина ЛКП уже составит не менее 200…250 мкм. Зашпаклеванные места могут достигать толщины в несколько миллиметров: обычно 0,5…2,5 мм (или 500…2500 мкм). Если поврежденный элемент кузова заменили новой оригинальной деталью, а потом её покрасили, то толщина ЛКП будет отличаться от заводской в большую или меньшую сторону и будет неравномерной, так как маляр не может выдержать одинаковое распыление по всей поверхности. Кроме того, научно доказано, что толщина ЛКП в 90 мкм для ряда покрытий является критической отметкой, ниже которой существенно снижаются эксплуатационные и физико-механические свойства покрытия и, как следствие, возможно проявление различных видов коррозионных разрушений.
Таблица 3.1 – Толщина лакокрасочного покрытия
№
Толщина лакокрасочного покрытия, мкм
Комментарии
1
90…165
толщина лакокрасочного нового автомобиля
2
до 180
на углах и округлениях покрытия деталей кузова нового автомобиля
3
не менее 200…250
толщина покрытия перекрашенных деталей кузова автомобиля
4
500…2500
зашпаклеванные места перекрашенных деталей кузова автомобиля
5
менее 90
возможно проявление различных видов коррозионных разрушений
6
Неравномерная толщина покрытия детали
элемент кузова заменили новой оригинальной деталью, а потом её покрасили
В настоящее время существует возможность при помощи специальных технических средств устанавливать, был ли кузов автомобиля повреждён в прошлом, даже если он выглядит идеально. Для этого используется прибор для неразрушающего контроля ЛКП, который, реализуя вихретоковый и индукционный методы измерений, обеспечивает возможность измерения толщины ЛКП как на ферромагнитных (сталь, железо), так и неферромагнитных деталях и сплавах (алюминий, латунь и др.). При этом абсолютная погрешность измерений (в диапазоне измерений до 1000 мкм) составляет всего ±1%.
3.2 Система оценки автомобиля
До настоящего времени отсутствовал очень важный аспект для формирования цивилизованного рынка продаж подержанных автомобилей, а продолжение
--PAGE_BREAK--именно – не существовало системы оценки технического состояния автомобиля. Ведь два автомобиля одной марки и модели, одного года выпуска и одинакового пробега могут иметь совершенно разное техническое состояние, от идеального и ни разу не побывавшего в ДТП авто до требующего серьезного ремонта или восстановленного после серьезной аварии.
Таблица 3.2 — Система оценки автомобиля
Общая оценка
Общее описание
Возраст авто, лет
Пробег, км
Внешний вид кузова
Силовые элементы кузова
Замена или ремонт элементов кузова
1
2
3
4
5
6
7
S
Новый автомобиль (не регистрировался). Возраст авто — без ограничений. Пробег — до 100 км. Замена или ремонт внешних элементов кузова не допускается. Оценка состояния внешнего вида кузова, силовых элементов кузова ниже оценки S не допускается. Двигатель, трансмиссия и остальные системы автомобиля работают идеально
Без ограничений
до 1000
S
S
7
Отличное состояние (близко к состоянию нового автомобиля). Возраст авто — менее 1 года. Пробег — до 25000 км. Допускается замена или ремонт внешних элементов кузова (не более 2-х). Оценка состояния внешнего вида кузова, силовых элементов кузова ниже оценки А не допускается. Двигатель, трансмиссия и остальные системы автомобиля работают отлично
Менее 1
до 25000
А и выше
А и выше
до 2
Продолжение таблицы 3.2
1
2
3
4
5
6
7
6
Отличное состояние автомобиля. Возраст авто — менее 3 лет. Пробег — до 75000 км. Допускается замена или ремонт внешних элементов кузова (не более 2-х). Оценка состояния внешнего вида кузова, силовых элементов кузова ниже оценки А не допускается. Двигатель, трансмиссия и остальные системы автомобиля работают отлично
Менее 3
до 75000
5
Хорошее состояние автомобиля (близко к отличному). Возраст авто — менее 5 лет. Пробег — до 125000 км. Допускается замена или ремонт более 2-х внешних элементов кузова. Оценка состояния внешнего вида кузова, силовых элементов кузова ниже оценки В не допускается. Двигатель, трансмиссия и остальные системы автомобиля работают хорошо
Менее 5
до 125000
B и выше
B и выше
более 2
4
Хорошее состояние автомобиля. Возраст авто — менее 8 лет. Пробег — до 200000 км. Допускается замена или ремонт более 2-х внешних элементов кузова. Оценка состояния внешнего вида кузова, силовых элементов кузова ниже оценки В не допускается. Двигатель, трансмиссия и остальные системы автомобиля работают хорошо
Менее 8
до 200000
Продолжение таблицы 3.2
1
2
3
4
5
6
7
3
Удовлетворительное состояние автомобиля (близко к хорошему). Возраст авто — менее 8 лет. Пробег — до 300000 км. Допускается замена или ремонт более 2-х внешних элементов кузова. Оценка состояния внешнего вида кузова, силовых элементов кузова ниже оценки С не допускается. Двигатель, трансмиссия и остальные системы автомобиля работают удовлетворительно
Менее 8
до 300000
С и выше
С и выше
2
Автомобиль в удовлетворительном состоянии. Возраст авто — менее 12 лет. Пробег — до 300000 км. Допускается замена или ремонт более 2-х внешних элементов кузова. Оценка состояния внешнего вида кузова, силовых элементов кузова ниже оценки С не допускается. Двигатель, трансмиссия и остальные системы автомобиля работают удовлетворительно.
Менее 12
до 300000
1
Автомобиль в неудовлетворительном состоянии. Битый невосстановленный автомобиль, либо очень старый (более 12 лет), либо с большим пробегом (свыше 300000 км), либо автомобиль с серьезным дефектом (требует капитального ремонта или замены) двигателя или трансмиссии.
Более 12
свыше 300000
D и выше
D и выше
R
Автомобиль, побывавший в серьезной аварии и восстановленный после нее с вмешательством в силовые (несущие) конструкции кузова.
Без ограничений
Без ограничений
Без ограничений
R
Без ограничений
Оценка R (от англ. Recycled – восстановленный) — автомобиль, побывавший в серьезной аварии и восстановленный после нее с вмешательством в несущие конструкции кузова. По принятой в компании УНДА классификации к таковым автомобилям относится авто, у которого в результате ДТП или несчастного случая возникли повреждения силовых (несущих) конструкций кузова (рамы), потребовавшие ремонта (исправления) или замены следующих частей:
1 — нижняя поперечина, 2 — верхняя поперечина (несущая рамка радиатора), 3 — рама (лонжерон), 4 — внутренняя панель, 5 — панель крыши (крыша), 6 — панель пола багажника (пол в багажном отделении), 7 — надколесная арка (брызговик), 8 — стойки (передняя, средняя, задняя), 9 — панель пола (пол), 10 — панель моторного отсека
Рисунок 3.1 — Система оценки силовых элементов кузова
Автомобиль, который прошел покраску, простую замену частей (капот, крыло, дверь, багажник, бампер), закрепленную болтами или другими приспособлениями не относится к числу автомобилей, побывавших в серьезной аварии. Такому автомобилю присваивается оценка от 1 до 7 по шкале оценок.
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НОВОВВЕДЕНИЯ
4.1 Введение
Целью нововведений является повышение эффективности методики определения состояния кузова. В общем виде экономическая эффективность нововведений оценивается определенным результатом, полученным в процессе их реализации. В экономической литературе различают понятия эффекта и эффективности: эффект нововведений – это множество результатов от их внедрения в производство, различающихся по содержанию и формам своего выражения.
В зависимости от учитываемых затрат и результатов различают следующие виды эффектов от реализации нововведений:
— экономический (стоимостные показатели – доходы, затраты, прибыль и др.);
- научно-технический (новизна, полезность, надежность и др.);
— социальный (улучшений условий труда и быта работников предприятия);
— экологический (шум, загрязнение, излучение и другие показатели физического состояния окружающей среды). Различают показатели эффекта за расчетный временной период и показатели годового эффекта. Под эффективностью нововведений в большинстве случаев понимается соотношение экономических результатов с затратами на их реализацию;
Экономическая оценка эффективности нововведений включает, как правило, два этапа.
— первый этап – оценка возможности и целесообразности внедрения новшества в предприятии. Обычно данная задача решается на уровне экспертной оценки или здравого смысла. Для принятия окончательного решения могут быть использованы тесты в виде вопросов, на которые должны ответить высококвалифицированные специалисты в области рассматриваемого нововведения;
— второй этап предполагает выполнение конкретных расчетов экономической эффективности нововведений, если принято решение о целесообразности его внедрения. К числу показателей, характеризующих эффективность нововведений, могут быть отнесены валовая прибыль, чистая прибыль, рентабельность производства и др.
Валовая прибыль определяется по формуле
, (4.1)
где — ожидаемая сумма доходов от реализации нововведения, грн.;
— затраты, связанные с реализацией нововведения, грн.;
— налог на добавленную стоимость, грн.
Чистая прибыль от реализации нововведения определяется по формуле
. (4.2)
где — налог на прибыль, грн.
Рентабельность нововведения определяется по формуле
. (4.3)
4.2 Сравнительная характеристика эффективности работы метода
Рассмотренные показатели рассчитываются до и после реализации нововведения. Разность прибыли до внедрения и после внедрения нововведения дает величину годового экономического эффекта. Эффективность нововведений характеризуется также показателями снижения себестоимости продукции, роста производительности труда и др.
Таблица 4.1 – Сравнительная характеристика эффективности работы
Виды работ по диагностике кузова
Затраты времени по старой методике
мин.
Затраты времени по новой методике
мин.
Время экономии при нововведении
мин.
Общее время экономим при нововведении
мин.
Проверка боковых панелей кузова автомобиля
20
10
10
50
Проверка передних панелей кузова автомобиля
25
10
15
Проверка задних панелей куова автомобиля
25
10
15
Проверка крыши кузова автомобиля
20
10
10
В дипломном проекте нововведением считается електронный прибор для диагностики толщины лакокрасочного покрытия кузова автомобиля. Нововведение производится с целью улучшения условий труда и быта работников предприятия, улучшения экологического эффекта (шума, загрязнения, излучения и других показателей окружающей среды), улучшения научно – технического эффекта и точности проведения диагностики С нововведением этого прибора уменьшится время затрачиваемое на определение состояния кузова автомобиля, а значит увеличится количество диагностируемых автомобилей. Это приведет к увеличению прибыли предприятия и сократит время окупаемости прибора.
431 Расчет экономического эффекта
Определим стоимость 1-го чел.-ч., работы оператора по формуле
, (4.4)
где — зарплата 1-го чел.-ч, грн;
— зарплата 1-го чел.-ч, грн;
173.4 – коэффициент.
.
Из таблицы 7.1 видно, что при нововведении мы экономим время диагностики, а значит, за 1 рабочий день мы можем увеличить число производимых операций.
Найдем число операций за 1 день на старом оборудовании. Возьмем среднее время затраченное на выполнение одной операции 20 мин.
, (4.5)
где — число операций на старом оборудовании за 1 рабочий день;
— время одного рабочего дня, мин;
— среднее время одной операции.
.
Рассчитаем число производимых операций за 1 день на нововведенном приборе и возьмем среднее время затраченное на одну операцию 10 мин:
продолжение
--PAGE_BREAK--