Предлагается использовать оптический метод муара, и в частности его разновидность — метод муаровой интерферометрии люминесцентного точечно-сеточного рисунка микронного уровня для бесконтактного поиска потенциально опасных мест повышенного напряженно-деформированного состояния в тяжело нагруженных тянущих элементах оборудования.
ВВЕДЕНИЕ
Оптический метод муара – это формирование узора, который возникает при наложении двух периодических сетчатых рисунков, растров. Явление обусловлено тем, что повторяющиеся элементы двух рисунков следуют с немного разной частотой, или накладываются друг на друга, или образуют промежутки (рис. № 13.1).
Рис. № 13.1. Оптический метод Муара.
Муаровый узор показывает относительный сдвиг решеток в представлении полного поля. Это свойство делает его великолепным инструментом для исследования и количественного определения градиентов локальных деформаций. На практике решетка прикрепляется к поверхности исследуемого объекта. Она деформируется вместе с ним, а при наложении на нее недеформированной (эталонной) решетки появляется муаровый узор, позволяющий судить о природе и величине поля деформаций.
Т.е. представим, что один из двух растров нанесён на поверхность тестируемого образца. Образец подвержен воздействию внешними или внутренними силами и в нём возникают начинают возникать внутренние напряжения и внутренние деформации. Тогда линии растра будут подвержены так же деформациям пропорционально внутренним напряжениям и внутренним деформациям. По степени изменения и направлению, т.е. по Муаровому узору уже можно судить о уровне и направлении самих внутренних напряжений и внутренних деформациях в исследуемом образце.
Явление механического муара ограничено периодом используемой решетки (величиной, обратной шагу). Максимальное значение периода для решеток этого типа составляет обычно около 40 линий/мм. Это означает, что при использовании решеток с периодом 40 линий/мм для возникновения одной муаровой полосы потребуется деформация величиной не менее 0,025 мм. Этого вполне достаточно при исследовании крупных деформаций. А для измерения малых внутренних деформаций и напряжений требуются гораздо более мелкие и чувствительные решетки. Оптический метод муара, более известный под названием муаровой интерферометрии, обеспечивает более высокую чувствительность за счет использования явлений интерференции и дифракции света.
Сам метод не нов, но имеет один существенный недостаток. метод требует очень стабильных условий окружающей среды и применяется главным образом в лабораториях. Этот недостаток обусловлен необходимостью строгого и точного наложения эталонного растра (решётки) на второй растр (решётку), который деформирован внутренними напряжениями тестируемого образца.
ПРЕДЛОЖЕНИЕ СПОСОБА
Для устранения главного недостатка метода Муара предлагается использовать видеосъёмку высокого разрешения подсвечного отдельным ультрафиолетовым источником точечной люминофорной сетки.
Изображение сравнивается изображением этого же растра (точечной сетки) только в не нагруженном состоянии.
Используется технология наложений, которая не зависит от главного выше поименованного недостатка. Программа сама ориентирует одно изображение относительно другого по определённым маркерам, сравнивает и отражает все изменения, которые являются полноценным муаровым узором.
Отсутствие муарового узора, т.е. полное соответствие растра отснятого сегмента эталонному растру говорит об отсутствии в сегменте высоко потенциально опасных мест возможного разрушения.
РЕАЛИЗАЦИЯ СПОСОБА
Рассмотрим пример – диагностика пластинчатого тягового конвейера, см. рис. № 13.2.
Рис. № 13.2. Схема реализации способа муаровой интерферометрии потенциально опасных мест в сильно нагруженных элементах тягового конвейера без его остановки.
Боковая поверхность каждой пластины очищается и наносится нумерованный точечно-сеточный растр микронного размера люминесцентной краской.
Люминесцентная краска представляет собой красящий состав, обладающий, в отличие от традиционных красок, одной важной особенностью, а именно способностью светиться под воздействием УФ лучей (отдельного УФ осветителя).
Метод нанесения – распыление, в результате которого формируется облако люминесцентной краски с размером частиц 1 мкм.
Особенность нанесения – СТРОГОЕ получение точечно-сеточного рисунка.
С боковой стороны пластинчатого тягового конвейера на постоянной основе крепится ультрафиолетовый осветитель и видеокамеры высокого разрешения.
Цифровая обработка сводится к тому, что каждое фото с растром сравнивается с так называемым “эталонным” растром этого же элемента. Результат — отсутствие изменений в случае отсутствия потенциально опасным мест напряжений в элементе или формирование и сохранение муарового узора для каждого элемента цепи. Принцип точно такой, как и при механическом наложении одного растра на другой с последующим наблюдением причудливых узоров муара. Степень и направление муарового узора будет соответствовать степени и направлению внутренних напряжений и деформация в исследуемом элементе.
При этом дополнительные механические и термические сторонние воздействия на элементы могут быть также программным способом учтены в конечном результате.
Таким же способом (цифровой обработки) двух снимков (разнесены по времени) диагностируются возникающие механические дефекты соединительных элементов, таких как соединительные силовые пальцы и их крепления с дефектами типа расшплинтовки, изгиба, продольные смещения и т.п.
Цифровая обработка реализуется методом на основе цветовых гистограмм. Т.е. для каждого изображения строится своя гистограмма, которая после обрабатывается вычитанием одного изображения из другого. Вместо цветового пространства RGB (Red-Green-Blue) предпочтительно использовать HSV (Hue-Saturation-Value / Цвет. тон – насыщенность — яркость). Перед сравнение гистограммы нормализуются (суммы значений во всех ячейках =1.)
Результат согласно реализации выше указанных методик , технологий является формирование и пополнение базы данных на каждый подвижный тянущий элемент данными о сравнений двух снимков.
В подавляющем большинстве случаев отсутствие полноценных муаровых узоров в базе данных на каждый тянущий элемент является признаком отсутствия потенциально опасных элементов .
Появление в базе данных на определённый элемент полноценного муарового узора сигнализирует обслуживающему персоналу об опасности. По форме и направлению муарового узора можно принять решение или о немедленной остановке работы оборудования и срочной замене элемента или если его появление вызвано другими воздействиями — о продолжении работы оборудования.
ВЫВОД:
Любые изменения в сетке микронного уровня, вызванные механическими напряжениями легко диагностируются Муаровым рисунком.
Видеосъёмка высокого разрешения люминофорной сетки микронного уровня, подсвечного отдельным ультрафиолетовым источником на поверхности металлического потенциально опасного элемента — позволит однозначно проводить диагностику муарового узора микронного уровня, который образуется в потенциально опасных напряжённых местах. На структуру точечно-сеточного растра из люминофора не влияют последующие естественные загрязнители промышленного производства.