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

  1. 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

после фильтрации   

2.      Проверка достоверности альтернативными   методами 

2.1 Аналоговая интерферограмма, метод усреднения по времени

2.2 Расчет методом конечных элементов

 3.      Расчет формы деформированной поверхности (поле относительных вибропермещений) и ввод координат реперной точки ( винт крепления в центре диска)

 4.      Расчет поля абсолютных виброперемещений относительно реперной точки ( черным выделены узловые линии)

 

 5.      Вывод значений виброперемещений в точке с заданными координатами

 6.      Построение контурной карты поля виброперемещенй

 7.      Вывод функции вибропермещений вдоль заданного сечения

7.1     Ввод координаты интересующего сечения

7.2  Функция вибропермещений по координате ( красная линия – аппроксимация сплайн-функцией)

 

ИЗМЕРЕНИЕ КВАЗИДИНАМИЧЕСКИХ ( МЕДЛЕННО ТЕКУЩИХ)

ДЕФОРМАЦИЙ МЕТОДОМ МНОГОИМПУЛЬСНОЙ СЪЕМКИ

            Объект – стальная пластина 300х200х3 мм

Заделка – крепление винтом в центре

Нагружение – статическое, значительным усилием

Процесс – медленно текущая деформация (текучесть материала)

Способ регистрации – экспонирование серии  голограмм с интервалом 30 с

Способ получения интерферограмм – попарное вычитание голограмм    2-1; 3-1;  4-1 и т.д

Схема нагружения

Расчет полей  перемещений относительно реперной точки ( точка крепления) для каждой пары голограмм ( 2-1; 3-1;4-1 и т.д.)

Стадии деформирования (возможна анимация) 

 

КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ

  1. Интерферометр ( включая ССД-камеру)
  2. Лазер непрерывного излучения 50 мВт
  3. Управляющий компьютер с комплектом плат ввода-вывода информации
  4. Пакет прикладных программ  для записи и обработки интерферограмм
  5. Комплект коммутирующих элементов (кабели, коннектор-блоки)
  6. Комплект эксплуатационной документации