Разработка автоматизированной системы по проведению ультразвукового контроля лонжеронов для ЗАО "Росвертол"

ОАО «Роствертол», производящий лопасти несущего винта для вертолетов типа Ми-24 (-35), Ми-28, Ми-26, Ми-2, обратился в 2010 году в компанию «Сервотехника» для разработки проекта по проведению автоматизированного звукового контроля лонжеронов с целью выявления дефектов.

В чем заключается важность этого исследования:

Во время полета на лопасть вертолета действует центробежная сила величиной около 8 тонн. При такой нагрузке, наличие любых мелких дефектов (микротрещин) внутри и на поверхности лопасти может привести не только к поломке дорогостоящего аппарата, но и к гибели людей. Поэтому важнейшей задачей в процессе производства лопастей, является выявление различного рода дефектов (микротрещин, и т.п.) и контроль толщины стенок лонжерона на заключительной стадии производства лопасти.

Как проводилось исследование ранее:

Ранее «Роствертол» проводил проверку по выявлению дефектов ручным контактным способом с помощью перемещения ультразвукового датчика по поверхности лонжерона. И соответственно, это требовало достаточно много времени для одной производственной операции (от 40 до 60 мин.). Немало важную роль в обнаружении дефектов играл человеческий фактор, необходимо было тщательным образом «пройтись» по всей поверхности лонжерона, не пропустить ни один участок. Увеличение объема выпускаемой продукции сподвигло ОАО «Роствертол» предпринять меры для повышения производительности изготовления лопастей. Таким образом, возникла необходимость в автоматизации процесса контроля.

Реализация проекта:

Универсальная автоматизированная система УЗК-1 с ультразвуковым дефектоскопом TomoScan Focus LT была разработана специалистами компании ЗАО «Сервотехника» в 2010 г., и поставлена и введена в эксплуатацию на заводе ОАО «Роствертол» в 2011 г. Система УЗК-1 предназначена для проведения ультразвукового контроля лонжеронов с целью выявления недопустимых методикой контроля дефектов и достоверного контроля толщин стенок на последней стадии изготовления лонжеронов.

Важно отметить, что комплекс УЗК-1 с применением ультразвукового дефектоскопа с фазированными решетками был произведен в России впервые, и обошелся заказчику в разы дешевле, по сравнению с зарубежными аналогами.

Описание проекта:

Установка обеспечивает контроль всей поверхности лонжерона за исключением 200 мм от конца, 1300 мм от комлевой части и 20 мм по носку лонжерона. Эти участки проверяют ручным контактным способом кроме 20 мм от носка. Максимальные габаритные размеры лонжерона - 8000 х 100 х 220 мм.

Система УЗК-1 состоит из следующих основных частей:

• Манипулятора (электромеханической части, см. рис. 1, позиции 1, 2 и 3).
• Дефектоскопической и контрольно – регистрационной аппаратуры (см. рис. 1, позиции 4 и 8)
• Системы подачи контактной жидкости (см. рис. 1, позиции 5, 6 и 7).

Манипулятор обеспечивает равномерную подачу лонжерона вдоль оси X, подвод и позиционирование группы ультразвуковых датчиков по осям A и B к боковым поверхностям лонжерона, подвод и позиционирование группы датчиков по оси Z к верхней поверхности лонжерона (см. рис. 2).

К дефектоскопической и контрольно – регистрационной аппаратуре относятся следующие компоненты:

• Шкаф для дефектоскопа и коммутатора;
• Многоканальный ультразвуковой дефектоскоп FOKUS LT ;
• Коммутатор сигналов;
• Девять комплектов фазированных решёток (ФР.) (см. рис.3, позиция 1) и прямых излучателей для толщинометрии (см. рис.3, позиция 2), установленных на соответствующие им призмы;
• Системы контроля, регистрации и оценки результатов на базе персонального компьютера с периферией.

Система подачи контактной жидкости (дистиллированной воды) предназначена для:

• Поддержания акустического контакта между контролируемым изделием (лонжероном) и УЗ датчиками.
• Регулирования подачи контактной жидкости (КЖ) на датчики.
• Автоматической подачи КЖ к группам датчиков.

Акустическая контактная среда (дистиллированная вода) подаётся в каждое из 9 мест контакта лонжерона с датчиками с помощью системы, регулирующей подачу контактной жидкости в соответствии с гидравлической схемой.

Ультразвуковой контроль дефектов и измерение толщины выполняется путем движения контролируемого лонжерона внутри портала с системой УЗ контроля. Система УЗК датчиков с ФР обеспечивает возможность проведения сплошного контроля дефектов по сторонам «Верх», «Низ» и «Задняя стенка» в заданных сечениях окончательно готовых лонжеронов.

Контроль наличия дефектов и акустического контакта датчиков с поверхностью контролируемого лонжерона отображается на экране монитора компьютера. В случае обнаружения дефекта, система сообщает оператору звуковым сигналом и в реальном времени отображает на экране характеристики дефекта (выделяет цветом сигналы, превышающие допустимый уровень). Соответствующими настройками системы возможно обеспечить автоматическую остановку движения при обнаружении дефекта.

Контроль толщины стенок осуществляется либо в том же режиме, что и дефектоскопия, либо в отдельном режиме толщинометрии с помощью отдельного комплекта датчиков.

После окончания контроля система выдает дефектограмму с координатами дефектов и карту контроля толщины стенок по сечениям лонжерона (см. рис. 4).

Какое оборудование использовалось:

• Планетарные редукторы Apex серии AE
• Синхронные серводвигатели KEB
• Частотные преобразователи KEB (с фильтрами и дросселями)
• Дефектоскопическое оборудование «Олимпус»
• Механизированные направляющие CTS
• Зубчатые рейки Gudel
• Гибкий кабель-канал CPS
• Муфты R+W
• Закладные элементы CTS
• Профили CTS
• Профиль Kanya

Результаты:

В результате внедрения и установки УЗК-1 значительно сократилось время контроля лонжерона на наличие дефектов (не более 10 - 15 мин.). Программное обеспечение, разработанное инженерами компании ЗАО «Сервотехника» позволяет выявлять даже те дефекты, которые не определяются ручным сканированием. Система может идентифицировать дефекты размером менее 0.5мм, и определять толщину стенок с точностью не более 0.1 мм.

Установка УЗК-1 может быть адаптирована и для других объектов требующих проведения неразрушающего контроля, например, при изготовлении лопастей рулевого винта.