Теория

ООО НАНОТОЧНОСТЬ

ВИЗУАЛИЗАТОР НАНОПЕРЕМЕЩЕНИЙ

ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩИХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ И ТОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

ВНП представляет собой портативный прибор для бесконтактных измерений деформаций и дефектоскопии деталей и узлов машиностроительных конструкций объектов при различных видах нагружения.

Прибор позволяет проводить измерения одновременно по всей поверхности детали как в лабораторных, так и в цеховых условиях.

Использование этой современной измерительной техники позволяет существенно сократить время доводки сложных образцов машин и механизмов, а также повысить качество продукции.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Работа ВНП основана на использовании метода двухэкспозиционной голографической интерферометрии, согласно которому с помощью лазерного излучения на цифровую видеокамеру регистрируются два (или более) голографических изображения исследуемого объекта, соответствующие различным фазам процесса деформирования поверхности. Последующее компьютерное вычитание полученных цифровых голограмм приводит к появлению картины интерференционных полос, связывающих точки изображения с одинаковой разностью оптических фаз. Связь разности фаз Df с перемещениями поверхности объекта d выражается формулой:

где : k = ki — kv ,вектор чувствительности интерферометра

ki и kv – единичные векторы освещения и наблюдения

Путем цифровой обработки поле разности фаз может быть преобразовано в поле перемещений поверхности объекта, которые произошли в промежутке между первой и второй экспозициями.

Основные преимущества:

— бесконтактность;

— высокая чувствительность к перемещениям (доли микрона);

— возможность проведения измерений одновременно по всей поверхности изделия;

— возможность проведения измерений независимо от формы и материала изделия;

— автоматизированная обработка результатов измерений;

— возможность проведения измерений в незатемненном помещении

ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Научные приложения.

1. Анализ полей деформаций при статическом и квазистатическом нагружении – давление, температура, влажность

2. Прочностные и усталостные испытания новых материалов при различных видах нагружения, выявление зон дефектов и закономерностей их развития.

3. Вибрационный анализ — определение форм колебаний, полей виброперемещений при различных видах вибраций — резонансных и вынужденных колебаниях, нестационарных, случайных, многокомпонентных вибрациях.

4. Анализ закономерностей распространения упругих волн при быстропротекающих воздействиях — ударных, взрывных, сейсмических.

5. Бесконтактный анализ деформаций вращающихся и других движущихся объектов.

Промышленные применения.

1. Энергетика.

Неразрушающие испытания корпусов турбин, реакторов, трубопроводов, сосудов высокого давления.

2.Аэрокосмическая промышленность.

Вибрационная и прочностная доводка и неразрушающий контроль деталей и узлов ракетно-космической техники, силовых элементов и двигательных установок летательных аппаратов, лопастей воздушных винтов, входной неразрушающий контроль материалов.

3.Автомобильная промышленность.

Вибрационная и прочностная доводка двигателей, трансмиссии, силовой рамы, корпусных элементов, снижение шума.

4.Станкостроение.

Снижение вибраций и шума станков и агрегатов.

5.Звуковоспроизводящая техника.

Доводка акустических свойств электронной звуковоспроизводящей аппаратуры и музыкальных инструментов

6.Бытовая техника

Снижение шума и вибраций бытовой аппаратуры — стиральных машин, пылесосов, кофемолок, фенов и т.д.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1. Размер регистрируемой сцены

1.1 С использованием встроенного лазера (50 мВт)

— без спец. покрытия 100х100 мм

— с ретропокрытием 300х300 мм

1.2 С использованием внешнего импульсного лазера ( 0.5 Дж/имп)

— без покрытия 500х500 мм

— с ретропокрытием 1500х1500мм

2. Реализуемые методы измерений

2.1 С лазером непрерывного излучения

— метод двух экспозиций — измерение полей перемещений поверхности объектов под воздействием статических нагрузок;

— стробоголографический метод — измерение полей виброперемещений при периодических колебаниях объекта;

— многоимпульсный метод ( запись серии кадров с частотой до 15 Гц ) – измерение полей перемещений при непериодических процессах деформирования.

2.2 С лазером парных импульсов

— метод двух экспозиций – измерение полей перемещений при быстропротекающих воздействиях (удар, взрыв, высокочастотные вибрации)

3. Чувствительность к перемещениям, мкм, не менее 0,25

4. Минимальное время экспозиции – 1/32000 с

5 Максимальная частота записи кадров – 15 Гц

Состав измерительной системы

Общий вид прибора и вариант измерительного стенда

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВНП

ИЗМЕРЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

Объект исследования – стальная пластина 300х200х3 мм

Заделка – трехточечное опирание (крепление винтами)

Нагружение – ступенчатое, статическим давлением в центре с тыльной стороны.

Последовательность измерений

1. Получение интерферограммы

2. Фильтрация интерферограммы

3. Проверка достоверности результата альтернативными методами

Аналоговая интерферограмма ( запись на фотопластину)

Расчет методом конечных элементов

4. Расчет формы деформированной поверхности (поле относительных перемещений)

5. Расчет поля абсолютных перемещений

5.1 Ввод координат реперной точки

Реперная точка – винт крепления объекта ( нулевые перемещения)

5.2 Расчет поля перемещений (в мкм ) относительно реперной точки

6. Вывод значений перемещений в точке с заданными координатами

Значение координат интересующей точки задается оператором ( перекрестие).

Вывод значений перемещений в мкм – в окне в правом верхнем углу

Построение контурной карты поля перемещений (цена линии в мкм задается оператором)

8. Вывод функции перемещений вдоль заданного сечения

8.1 Ввод координаты интересующего сечения (задается оператором)

8.2 Вывод функции перемещений по координате

Синяя линия – измеренные перемещения (выброс – зона винта крепления)

Красная линия – аппроксимация кубической сплайн-функцией

Узлы аппроксимации задаются оператором

ИЗМЕРЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

Объект – титановый диск диаметром 100 мм, толщиной – 1 мм

Заделка – крепление винтом в центре

Нагружение – пьезовибратор

Процесс — резонансные колебания объекта по форме с тремя узловыми диаметрами на частоте 3515 Гц

Панель контроля синхронизации экспозиций с фазой вибрации.

Двухэкспозиционный режим.

Зеленый луч – сигнал датчика вибраций, синий – управление камерой (экспозиция). Нижняя развертка включена через 80 мс после верхней, когда закончился первый кадр (1/15 сек.) и начался второй. Возбуждение колебаний осуществляется от синусоидального генератора компьютера сигнал которого усиливается усилителем и подается на вибровозбудитель. Сигналы управления (запуск развертки и импульсы управления камерой) поступают от модуля регистрации голограмм. Положение импульсов устанавливается на модуле регистрации

Последовательность измерений

1. Получение интерферограммы до фильтрации