Разработка автоматизированного лазерно-ультразвукового метода измерения геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер жидкостных ракетных двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.01, кандидат наук Сергеев Дмитрий Сергеевич

• Сергеев Дмитрий Сергеевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Сергеев Дмитрий Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОПЕЛ КАМЕР ЖРД

1.1 Анализ конструкции камер ЖРД. Обзор типовых дефектов. Вероятность их обнаружения средствами НК

1.2 Особенности применения лазерно-ультразвукового метода контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД

1.3 Анализ современных автоматизированных ультразвуковых систем контроля качества

1.4 Обоснование необходимости создания автоматизированного лазерно-ультразвукового метода измерения, геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД

Выводы по 1 разделу

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АЛГОРИТМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗМЕРЕНИЯ, ДЕФЕКТОВ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОПЕЛ КАМЕРЫ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

2.1 Обоснование необходимости автоматизации процесса лазерно-ультразвукового контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД

2.2 Разработка математической модели описания газодинамического профиля камеры ЖРД

2.3 Исследование и разработка способа контроля качества акустического контакта при автоматизированном лазерно-ультразвуковом измерении геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД

2.4 Разработка алгоритма проведения автоматизированных измерений, дефектов паяных соединений сопел камеры ЖРД

Выводы по 2 разделу

3. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УСТАНОВКИ

3.1 Анализ основных функциональных узлов, необходимых для проведения автоматизированного лазерно-ультразвукового контроля качества паяных соединений камер жидкостных ракетных двигателей

3.2 Разработка конструктивных решений устройства фиксации и центрирования объекта контроля

3.3 Разработка конструктивных решений устройства обеспечения надежного акустического контакта

3.4 Разработка конструктивных решений устройства позиционирования датчика на поверхности объекта контроля

3.5 Оценка погрешности автоматизированной лазерно-ультразвуковой установки НК

3.6 Адаптация алгоритма проведения автоматизированных измерений под разработанные технические решения

Выводы по 3 разделу

4 РАЗРАБОТКА И ПРАКТИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕФЕКТОВ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОПЕЛ КАМЕР СГОРАНИЯ

4.1 Методика автоматизированных измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД

4.2 Практическая апробация методики автоматизированных измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер сгорания

Выводы по 4 разделу:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

105

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка автоматизированного лазерно-ультразвукового метода измерения геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер жидкостных ракетных двигателей»

Актуальность темы диссертации

Космическая деятельность в Российской Федерации, реализуемая на основе современных высокотехнологичных космических средств, признана одним из государственных приоритетов с стратегическими целями направленными на повышение качества жизни населения, обеспечение высоких темпов устойчивого экономического роста, создание потенциала для будущего развития страны и повышения уровня ее национальной безопасности. Огромный технологический опыт и созданный в России космический потенциал позволяет обеспечивать полный цикл работ от разработки космических средств до получения результатов, требуемых для удовлетворения потребностей страны и эффективного ее участия на мировом рынке космических услуг. Успехи космической отрасли возможны только в условиях обеспечения высокой надежности и безопасности ракетно-космических систем. Этот фактор на сегодняшний день играет все большее экономическое значение, поскольку аварии и любые нештатные ситуации приводят не только к неполучению или недополучению прибыли, но и к убыткам, измеряемым десятками и сотнями миллионов долларов.

С 2011 г. при запусках с космодромов мира произошло 11 аварий ракет-носителей (РН), 7 из которых приходится на Россию [1]. Следует отметить, что большинство из них произошло по причине отказов ракетных двигателей. Поэтому одним из ключевых решений, влияющими на надежность и безопасность РН, является обеспечение безотказности элементов жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), в том числе его камеры. Камера ЖРД является его важнейшим агрегатом, работающим в условиях высоких значений температуры (более 3000 К) и давления (до 25 МПа), а проблема обеспечения ее прочности и надежности охлаждения остается актуальной, и по сей день. При этом ключевую роль в

решении данной проблемы играет контроль качества паяных соединений стенок камеры ЖРД.

Проблеме контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД сегодня уделяется большое внимание, наиболее современный и достоверный подход к ее решению сделан специалистами ФГУП «НПО «Техномаш», Учреждения науки ИКЦ СЭКТ и Университета ИТМО, которые обосновали целесообразность и преимущества применения ультразвукового метода, а именно лазерно-ультразвукового[2]. Однако внедрение данного метода на предприятиях ракетно-космической отрасли для контроля качества паяных соединений камер ЖРД сдерживается отсутствием его автоматизации. Это вызвано тем, что при контроле качества паяных соединений в ручном режиме ошибки измерений размеров возможных дефектов, вносимые оператором-дефектоскопистом, существенным образом влияют на достоверность результатов контроля. Решение данной проблемы возможно за счет создания автоматизированного лазерно-ультразвукового метода измерения геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД [3].

Таким образом, имеет место проблемная ситуация, заключающаяся в противоречии между необходимостью лазерно-ультразвукового контроля качества паяных соединений камер ЖРД с высокой степенью достоверности - с одной стороны, и отсутствием методов и методик решения подобных задач в автоматизированном режиме - с другой. Научно-техническая задача, решаемая в настоящей диссертационной работе, может быть сформулирована следующим образом - разработка автоматизированного лазерно-ультразвукового метода измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений камер жидкостных ракетных двигателей и оценка качества паяных соединений камер жидкостных ракетных двигателей.

Отсутствие алгоритмов, методов и методик, позволяющих осуществлять контроль качества паяных соединений, а также специфику дефектов паяных

соединений, необходимость разработки специальной методики и средств контроля обуславливает актуальность темы диссертационных исследований.

Предметом научных исследований в диссертации выступают алгоритмы, методы и методики автоматизированных лазерно-ультразвуковых измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений и особенности их использования для оценки качества паяных соединений камер ЖРД.

Целью диссертационных исследований является повышение точности измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер жидкостных ракетных двигателей на основе автоматизации процесса лазерно-ультразвукового контроля.

Достижение указанной цели позволит решить сформулированную выше научно-техническую задачу. Для достижения цели диссертационной работы поставлены и решены следующие основные и взаимосвязанные задачи:

1. Анализ существующих систем ультразвукового неразрушающего контроля и средств их автоматизации.

2. Разработка моделей и алгоритма автоматизированного измерения геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камеры ЖРД.

3. Разработка основных конструктивных решений автоматизированной лазерно-ультразвуковой установки.

4. Разработка и практическая апробация методики автоматизированных измерений геометрических характеристик дефектов и контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению указанных задач и состоит из введения, четырех разделов и заключения.

Во введении обосновывается актуальность избранной темы, анализируется степень ее научной разработанности, определяется цель и задачи исследования, характеризуются теоретические и методологические основы работы, аргументируются научная новизна и практическая значимость результатов исследования, излагаются основные положения, выносимые на защиту,

приводится информация о результатах апробации предложений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации.

Первая глава посвящена анализу существующих систем ультразвукового неразрушающего контроля и средств их автоматизации. В ней описаны конструкция камер ЖРД, возможные дефекты паяных соединений. Проведен обзор существующих систем автоматизированных измерений и области их применения, используемых как в России, так и за рубежом. Рассмотрены факторы, влияющие на точность результатов ручного лазерно-ультразвукового метода контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД.

Обоснована необходимость создания автоматизированного лазерно-ультразвукового метода, измерения геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД.

Вторая глава посвящена разработке моделей и алгоритма автоматизированного измерения геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камеры ЖРД. Описана математическая модель получения геометрии газодинамического профиля камер ЖРД с помощью нейронных сетей. Проведено исследование и разработка способа контроля качества акустического контакта при проведении автоматизированных измерений. Подробно описан алгоритм проведения автоматизированных измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений камер двигателей ЖРД. Разработанный алгоритм позволяет проводить сплошное сканирование внутренней поверхности камеры ЖРД, по результатам сканирования производится расчет коэффициента, характеризующего качество паяного соединения сопла камеры двигателя.

В третьей главе произведена разработка основных конструктивных решений, позволяющих проводить автоматизированные измерения. Проведен анализ основных функциональных узлов, необходимых для проведения автоматизированных измерений. Произведена оценка суммарной погрешности

автоматизированной установки НК. Разработанный алгоритм адаптирован для предложенных конструктивных решений.

В четвёртой главе разработана методика автоматизированных измерений геометрических характеристик дефектов и контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД. В методике даны рекомендации для специалистов, осуществляющих контроль качества паяных соединений непосредственно на заводе-изготовителе. Для апробации адаптивного алгоритма автоматизированных лазерно-ультразвуковых измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД и методики автоматизированных измерений геометрических характеристик дефектов и контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД разработана экспериментальная установка для контроля качества паяных соединений на вырезках двигателя РД 14Д23. Проведены измерения на вырезках, предоставленных заводом изготовителем, в результате измерений определена общая площадь дефектов, на основании чего проведен расчет коэффициента качества. Для подтверждения достоверности автоматизированных измерений был проведен ручной контроль и последующие металлографическое исследование. В результате сравнительного анализа установлено, что автоматизированные измерения позволяют с большей степенью достоверности выявлять дефекты паяных соединений.

В заключении представлены основные выводы из диссертационной работы.

Настоящая работа наряду с известными и апробированными методами и моделями содержит оригинальные результаты, полученные в ходе исследований автором лично.

Научная новизна работы:

1. Корректно обоснована необходимость применения нейросетевой аппроксимации для описания газодинамического профиля камер ЖРД, позволяющей обеспечивать адаптивное управление автоматизированной лазерно-ультразвуковой установкой НК. Впервые предложено использовать нейросетевую аппроксимацию для описания газодинамического профиля камер ЖРД.

2. Разработан адаптивный алгоритм проведения автоматизированных лазерно-ультразвуковых измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД, позволяющий повысить точность измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений. При реализации алгоритма впервые предложено осуществлять интегральную оценку качества паяных соединений сопел камер ЖРД.

Теоретическая и практическая значимость:

1. Разработка основных элементов конструкций автоматизированной лазерно-ультразвуковой установки, обеспечивающие позиционирование и надежный акустический контакт датчика с объектом контроля.

2. Разработка методики автоматизированных лазерно-ультразвуковых измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камеры жидкостных ракетных двигателей.

Методы исследования

Для решения задач используются методы теории акустики, теории точности и теории приближения функций. Полученные результаты обрабатывались при помощи методов математической статистики в программной среде Ехсе1. Вычисления выполнены с помощью пакета прикладных программ MATLAB. Моделирование узлов конструкций осуществлялось в среде SoHdWorks, для осуществления графических методов расчета использовалась система Компас-3D.

Положения, выносимые на защиту:

1) Обоснование применения нейросетевой аппроксимации для описания газодинамического профиля камер ЖРД, позволяющей достичь высокой точности аппроксимации исходных данных, за счет наличия в нейросетях скрытого слоя нейронов с нелинейными функциями активации (гиперболический тангенс).

2) Адаптивный алгоритм автоматизированных лазерно-ультразвуковых измерений геометрических характеристик дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД, позволяющий обеспечивать адаптивное управление

автоматизированной лазерно-ультразвуковой установкой НК, и метод интегральной оценки площади дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД, позволяющий принимать решение о качестве паяных соединений сопла камеры ЖРД и ее дальнейшей эксплуатации на основании двухпараметрического анализа значений коэффициентов и к .

3) Основные конструктивные решения по автоматизированной лазерно-ультразвуковой установке контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД.

4) Методика автоматизированных измерений геометрических характеристик дефектов и контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД.

Степень достоверности и апробация результатов:

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций определяется корректностью постановки задач теоретического и экспериментального исследований, обоснованностью допущений, принятых при математическом и физическом моделировании, признанием основных положений диссертации широким кругом специалистов при апробировании материалов исследований на семинарах и конференциях, использованием при проведении экспериментальных исследований стандартных и специально разработанных, обоснованных методик испытаний конструкционных материалов, сходимостью полученных в работе результатов с результатами иных авторов, подтверждением результатов теоретических расчетов данными экспериментальных исследований.

Результаты исследований докладывались на: XLII научная и учебно-методическая конференция (с 29 января по 1 февраля 2013 г. ) «Разработка автоматизированного метода лазерно-ультразвукового контроля качества паяных соединений изделий РКТ», II Всероссийский конгресс молодых ученых (9-12 апреля 2013 г ) «Автоматизированная установка контроля качества паяных соединений изделий РКТ» , XLШ научная и учебно-методическая конференция (с

28 января по 31 января 2014 г) «Анализ оптимальной схемы проведения контроля качества изделий ракетно-космической техники», III Всероссийский конгресс молодых ученых (8-11 апреля 2014 г) «Разработка алгоритма контроля качества паяных соединений изделий ракетно-космической техники», IV Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность» (26-30 мая, 2014 г, Томск) «Разработка научно-методологического подхода в контроле качества паяных соединений тонкостенных изделий ЖРД», XLIV научная и учебно-методическая конференция (3-6 февраля 2015 г) «Исследование и разработка методов описания газодинамического профиля камеры ЖРД по дискретному набору известных значений», IV Всероссийский конгресс молодых ученых (8-9 апреля 2015 г) «Элементы математического моделирования автоматизированного метода лазерно-ультразвукового контроля качества паяных соединений элементов ЖРД», III международной научно-практической конференции «Инновации на транспорте и в машиностроении». Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» (14-15 апреля 2015 г) «Разработка автоматизированного метода контроля качества паяных соединений тонкостенных изделий ЖРД».

По результатам диссертационных исследований опубликовано 14 печатных работ, из них 4 из перечня ВАК.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы (84 наименование). Основной текст работы (113 страниц) включает 5 таблиц и 77 рисунков.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОПЕЛ КАМЕР ЖРД

1.1 Анализ конструкции камер ЖРД. Обзор типовых дефектов. Вероятность их обнаружения средствами НК

Камера ЖРД является технологически сложным изделием, работающим в области высокого давления и большого градиента температур. Камера двигателя в общем случае состоит из смесительной (форсуночной) головки, камеры сгорания, охлаждаемой и неохлаждаемой части сопла (Рисунок 1.1) [4].

а) б)

Рисунок 1.1 Эскиз камеры ЖРД [4]

а - разбивка на технологические узлы; б - способы образования каналов: 1-выштамповки; 2 - спиральная проволока; 3 - гофрированные проставки; 4 -фрезерованные пазы; 5 - смесительная головка; 6 - внутренняя оболочка; 7 наружная оболочка; 8 - пояс завесы; 9 - бандаж; 10 - цапфа; 11 - разрезное

кольцо; 12 - коллектор

Камера ЖРД является агрегатом, в котором компоненты топлива или продукты газогенерации в результате химических реакций преобразуются в продукты, создающие при истечении реактивную силу. В камере сгорания температура продуктов сгорания может достигать 4000К, а давление - 20 МПа и более. По геометрической форме камера ЖРД представляет собой канал, суженный в середине. В простейшем случае камера ЖРД может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами. Камеры современных двигателей ЖРД профилируются на основании газодинамических расчётов. Такая форма была предложена в 1890 г. шведским изобретателем Густафом де Лавалем для паровых турбин. Камеры сгорания с пазами на внутренней оболочке являются разновидностью конструкций камер с регенеративным охлаждением. В них тракт охлаждения образован зазором между канавками на внутренней оболочке и внутренней поверхностью наружной оболочки. Конструкция камеры сгорания с пазами охлаждения позволяет получить необходимый закон изменения скорости протекания охлаждающего компонента и создать требуемый тепловой режим во внутренней оболочке. На рисунке 1.2 изображено устройство и геометрические характеристики стенки камеры ЖРД в собранном (спаянном) виде: к внутренней оребренной оболочке припаяна внешняя оболочка, так же изображено дефектное паяное соединение. Для ЖРД 14Д23 максимальная толщина стенки составляет 2,1 - 2,4 мм, ширина ребра 0,8 мм, ширина канавки 1,15 мм.

Рисунок 1.2 - Особенности устройства трактов охлаждения камер ЖРД 14Д23

Изготовление камер ЖРД с фрезерованными пазами является сложным технологическим процессом, и заключается в следующем. Заготовки внутренней оболочки получают вытяжкой на гидравлическом прессе из листа за несколько переходов, с промежуточным отжигом для восстановления пластических свойств. Полученная заготовка обрабатывается (при установке на жесткой оправке) по наружной и внутренней поверхностям на станке с ЧПУ. Заготовки наружной оболочки камеры сгорания (КС) состоят из двух частей: цилиндрической и профилированной. Изготавливают их из листа. Каналы охлаждения на наружной поверхности внутренней оболочки получают фрезерованием на станках с ЧПУ. Перед отправкой в гальванический цех внутреннюю и наружную оболочки комплектуют друг с другом, собирают на оправке и проверяют прилегание наружной поверхности внутренней оболочке, предварительно покрытой мелом к внутренней поверхности наружной оболочки. После чего узел отправляется в гальванический цех. Пайка производится в вакуумно-компрессионной индукционной печи [4].

В процессе изготовления камер ЖРД возникают дефекты паяных соединений, связанные с нарушением технологического процесса на одном из этапов изготовления или сборки. В процессе эксплуатации камер ЖРД, под действием высокого давления и градиента температур происходит разрушение паяных соединений, что приводит к отказу двигателя в целом. Таким образом, от качества паяных соединений зависит надежность работы двигателя [5].

В настоящий момент контроль качества паяных соединений сопел камер ЖРД осуществляется на основе результатов гидравлических и огневых испытаний. В случае наличия дефектов пайки в процессе испытаний дорогостоящая камера ЖРД переходит в неработоспособное состояние и становится непригодна для дальнейшего использования по назначению. Однако даже положительные результаты испытаний не являются источником достоверной информации, это связано с тем, что дефекты, размеры которых до испытаний были незначительными и никак не проявили себя в ходе испытаний,

на самом же деле могли развиться до критичных размеров, что приведет к разрушению двигателя в процессе эксплуатации [6].

1.2 Особенности применения лазерно-ультразвукового метода контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД

Применение неразрушающих методов контроля, таких как радиационный, акустический, вихретоковый, не позволяет выявлять дефекты паяных соединений сопел камер ЖРД. На сегодняшний день единственным методом, позволяющим осуществлять контроль качества паяных соединений тонкостенных слоистых конструкций и в частности сопел камер ЖРД, является лазерно-ультразвуковой метод. Данный метод относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Особенностью лазерно-ультразвукового метода является возбуждение акустического сигнала за счет коротких лазерных импульсов, в широкополосном оптико-акустическом преобразователе через прозрачную призму падает лазерный импульс на контролируемую поверхность объекта контроля (Рисунок 1.3). Прозрачная призма находится в акустическом контакте с объектом контроля и является одновременно звукопроводом широкополосного пьезоэлектрического приемника. Поглощаясь в металле, лазерное излучение нагревает тонкий поверхностный слой объекта контроля и граничащий с ним слой жидкости, что приводит к тепловому расширению и возбуждению ультразвуковых импульсов -акустических сигналов [7-10].

Рисунок 1.3 - Схема генерации УЗ импульса при проведении лазерно-ультразвукового контроля [7]

Применение лазерно-ультразвукового метода для контроля качества паяных соединений при контроле в ручном режиме связано со значительной трудоемкостью и, как следствие, высокой вероятностью ошибок оператора (дефектоскописта) при осуществлении операций контроля. Сущность контроля заключается в измерении времени прохождения ультразвуковой волны в ребре внутренней стенки камеры. Время прихода отраженного сигнала, при известной скорости распространения ультразвуковой волны в материале стенки камеры, позволяет судить о величине пути, пройденного ультразвуковой волной. Время прихода ультразвуковой волны от границы ребра меньше, чем при прохождении волны через ребро и внешнюю стенку. Таким образом, о наличии дефекта судят по времени прихода донного сигнала.

На Рисунке 1.4 представлена схема контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД лазерно-ультразвуковым методом. Для осуществления контроля необходимо выполнять следующие операции: позиционировать датчик ортогонально внутренней поверхности сопла камеры, позиционировать датчик на ребре, обеспечить тарированный прижим датчика к внутренней поверхности сопла камеры ЖРД, после чего переместить датчик на следующее ребро и повторить операции, описанные выше (см. Рисунок 1.4).

нормаль к поберт

тарирована

Рисунок 1.4 - Схема лазерно-ультразвукового контроля качества паяных

соединений сопел камер ЖРД

1.3 Анализ современных автоматизированных ультразвуковых систем контроля качества

Многие ученые занимались проблемой автоматизации ультразвукового метода контроля. В ходе развития ультразвукового метода различные авторы предлагали различные технические решения, позволяющие проводить контроль заготовок, изделий, сборочных единиц в автоматизированном режиме. Среди отечественных авторов стоит отметить таких ученых как Вопилкин А.Х., Бадалян В.Г., Карабутов А.А., Бенитес Х., Ткаченко А. А., Самокрутов А.А., так же автоматизацией ультразвукового контроля занимаются ведущие зарубежные производители диагностической аппаратуры, такие как: Matec Instrument Companies, Inc. (США), GE Inspection Technologies (США), GE Sensing and Inspection (Krautkramer GmbH), OLYMPUS NDT INC (Япония) и т.д. [11-23]

Основными областями народного хозяйства, в которых применяются автоматизированные ультразвуковые установки, являются:

- нефтегазовая;

- атомная;

- железнодорожный транспорт.

Среди всех автоматизированных систем, которые эксплуатируются в данных областях народного хозяйства, стоит отметить автоматизированные установки отечественного производителя ООО «НПЦ «Эхо +» и их системы «Авгур» и «Сканер». Общий вид данных установок представлен на Рисунке 1.51.7.

Рисунок 1.6 - Общий вид системы «Авгур Т»

Рисунок 1.7 - Общий вид системы «Сканер СК.219»

Среди автоматизированных установок зарубежного производства стоит отметить следующих производителей: Plant Integrity Ltd, TesTex Inc, Olympus ndt inc . Общий вид данных установок представлен на Рисунках 1.8 -1.10 [7-13].

а) б)

Рисунок 1.8 - Общий вид автоматизированной установки ультразвукового

контроля «TTF+» (а - общий вид, б - на объекте контроля)

Рисунок 1.9 - Общий вид автоматизированной установки ультразвукового

контроля «Viper»

Рисунок 1.10 - Общий вид сканера «WeldROVER»

Таким образом, проведенный анализ автоматизированных установок контроля позволяет сделать вывод, что все установки имеют схожее устройство. Процесс контроля осуществляется по следующей схеме: перед проведением

контроля оператор вводит начальные данные в блок сбора и обработки информации, после чего формируется управляющая программа и подается на средства автоматизации (двигатели устройства обеспечения контакта и т.д.). Средства автоматизации передают механическое воздействие на датчик, который входит в состав средства измерения, результаты измерений передаются на блок сбора и обработки информации, где происходит корректировка управляющей программы для получения достоверной информации. Функциональная схема автоматизированной ультразвуковой установки представлена на Рисунке 1.11.

Система адтоматизироданного контроля Рисунок 1.11 - Функциональная схема автоматизированной ультразвуковой

установки

Так же в результате анализа установлено, что, не смотря на большое разнообразие автоматизированных систем контроля качества, все они направлены на контроль изделий цилиндрической формы (трубы различных диаметров). Контроль изделий плоскопараллельной формы (листовой прокат) осуществляется, как правило, либо ручным способом контроля, либо в механизированном режиме с применением разного рода оснасток и приспособлений. Автоматизированный контроль изделий сложной геометрической формы в настоящий момент практически не осуществляется из-за отсутствия изделий такой формы в областях

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сергеев Дмитрий Сергеевич, 2016 год

Список литературы

1. Отказы ракетно-космической техники URL: http://ecoruspace.me/orbital_failures.html (дата обращения: 27.03.2016).

2. Кинжагулов, И.Ю. Лазерно-ультразвуковой метод и средство дефектоскопии паяных соединений: дис...канд. техн. наук: 05.11.01: защищена .2013 утв. - СПб.,2013. -141С.

3. Сергеев, Д. С. Возможность применения лазерно-ультразвуковой диагностики для контроля качества паяных соединений камер жидкостных ракетных двигателей / Д. С. Сергеев, Н. В. Астрединова, А. В. Баринов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2014. -№ 3. - С. 83-88.

4. Воробей, В.В. Технология производства жидкостных ракетных двигателей/ Логинов В.Е. : Учебник. - М.: Изд-во МАИ, 2001. -496 с.

5. Сергеев, Д. С. Контроль качества сварных соединений в процессе сварки с применением метода акустической эмиссии / Д. С. Сергеев, А. В. Баринов, А. В. Доренская, И. Ю. Кинжагулов, А. В. Федоров // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2013. -№ 5(87). - С. 144-148.

6. Рахманин, В. Ф. Разработка технологии пайки камер сгорания отечественных ЖРД / В. Ф. Рахманин, В. В. Сагалович // Двигатель. - 2009. -№1(61). - С. 34-37.

7. Карабутов, А. А. Импульсная акустическая спектроскопия с лазерным источником звука / А. А. Карабутов, М. П. Матросов, Н. Б. Подымова, В. А. Пыж // Акустический журнал. Т.37. - 1991. - № 2. - С. 311.

8. Карабутов, А. А. Измерение оптических характеристик рассеивающих сред оптико-акустическим методом / А. А. Карабутов, И. М. Пеливанов, Н. Б. Подымова, С. Е. Скипетров // Квантовая электроника. Т.29. - 1999. - №3. -

С. 215.

9. Сергеев, Д. С. Автоматизированная установка контроля качества паяных соединений изделий РКТ / Д. С. Сергеев, А. В. Баринов // Сборник научных статей по итогам Международной заочной научно-практической конференции. - 2013. - С. 219-222.

10. Сергеев, Д. С. Разработка автоматизированного метода контроля качества паяных соединений изделий РКТ / Д. С. Сергеев, Н. В. Астрединова, А. В. Баринов // Сборник трудов II Всероссийский конгресс молодых ученых. -СПб: НИУ ИТМО, 2013. - С.150-153.

11. Базулин, А. Е. Автоматизированная система для измерения параметров ультразвуковых пьезопреобразователей / А.Е. Базулин, А. Х. Вопилкин // В мире неразрушающего контроля. - 2010. - №1. - С. 35-41.

12. Базулин, А. Е. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4. Часть I. Описание системы и методики калибровки / А. Е. Базулин, Е. Г. Базулин, А. Х. Вопилкин, Д. С. Тихонов // Контроль. Диагностика. - 2009. - №9. - С. 8-18.

13. Бадалян, В. Г. Компьютерная система для исследования и паспортизации пьезопреобразователей ультразвукового неразрушающего контроля «Авгур 2.2» / В. Г. Бадалян, В. Г. Базулин, А. Х. Вопилкин, И. В. Бычков, С. М. Каплун, А. В. Ломакин, Д. С. Тихонов // Дефектоскопия. -1993. - № 2. - С. 43-49.

14. Francini, E. An inverse problem in nondestructive evaluation of spot-welds / E. Francini, T. Höft, F. Santosa // Inverse Problems. - 2006. -Vol. 22. - рр. 645-661.

15. Бадалян, В. Г. Оценка результатов контроля по акустическим изображениям / В. Г. Бадалян //Дефектоскопия. - 2007. - №4. - С. 39-58.

16. Сканер-дефектоскоп A2051 ScaUT. URL: http://www.acsys.ru/production/ de-tail/a2051-scaut (дата обращения: 16.06.2014).

17. Ткаченко, А. А. Повышение достоверности автоматизированного ультразвукового контроля сварных швов при производстве труб большого

диаметра / А. А. Ткаченко // Научный интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности». - 2014. - февраль. - №1 (53).

18. Ефимов, И. М. Высокопроизводительный контроль сварных соединений с помощью механизированных сканеров / И. М. Ефимов // «Территория NDT». - 2014. - №1. - С. 26-18.

19. Панков, В. В. Промышленные сканеры для замены радиографического контроля ультразвуковым / В. В. Панков, Д. С. Померанцев / «Территория NDT». - 2014. - №1. - С. 38-39.

20. Brierley, N. Data fusion for automate non-destructive inspection / N. Brierley, T. Tippetts, P. Cawley // Proceedings of the Royal Society. - 2014. -pp. 89-99.

21. Pribory-si.ru: Автоматизированная установка неразрушающего контроля "РОБОСКОП" ВТ-3000 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://pribory-si.ru/catalog/01-01/4910/ (дата обращения: 15.12.2014).

22. Юнитест: Автоматизированный магнитнопорошковый контроль [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.usndt.ru/magnit/oborud-magniskoptv500.shtml (дата обращения: 29.10.2014).

23. УСПС: Ультразвуковой сканер-дефектоскоп А2051 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.usps.ru/ndt/top111/elem1767.html (дата обращения: 29.10.2014).

24. Сергеев, Д.С. Автоматизированный лазерно-ультразвуковой метод контроля качества паяных соединений сопел камер жидкостных ракетных двигателей / А.В. Федоров, А.В. Баринов, Н.В. Астрединова // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т.16 №1. С. 139-149

25. Кинжагулов И.Ю., Быченок В.А. Модель термооптического возбуждения ультразвуковых волн в паяных тонкостенных изделиях // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. Т. 54. № 7. С. 39-44.

26. Efremov, A. Robust and Numerically Stable Bezier Clipping Method for

Ray Tracing NURBS Surfaces / A. Efremov, V. Havran, H. Seidel // Germany: Computer Science Department University of Saarland, 2005. - pp. 41-53.

27. Pinghai Y. Xiaoping Qian A B-spline-based approach to heterogeneous objects design and analysis / Y. Pinghai // Computer-Aided Design 39. - 2007. - pp. 95111.

28. Первицкий, Ю. Д. Расчет и конструирование точных механизмов: учебное пособие для вузов / Ю. Д. Первицкий. - М.: Машиностроение, 1976. - 456 с.

29. Шарловский, Ю. В. Механические устройства малых оптических систем / Ю. В. Шарловский. - М.: Машиностроение, 1979. - 128 с.

30. Турыгин, Ю. В. Исследование точности позиционирования выходного звена мехатронной системы / Ю. В. Турыгин, Ю. В. Зубкова // Материалы конференции «Управление в технических, эргатических, организационных и сетевых системах» (УТЭ0СС-2012). - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «Электроприбор», 2012. - С. 814-817.

31. Mohamad, H. Hassoun. Fundamentals of Artificial Neural Networks / Н. Mohamad // MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1995.

32. Ежов, А.А. Нейрокомпьютинг и его применения в экономике и бизнесе / А. А. Ежов, С. А. Шумский. - М.: МИФИ, 1998.

33. Хайкин, С. Нейронные сети / C. Хайкин. - М.: «Вильямс». 2-е изд.,

2006.

34. Комарцова, Л. Г. Нейрокомпьютеры / Л. Г. Комарцова, А. В. Максимов/ - М.: Изд-во МГТУ им.Баумана, 2004.

35. Галушкин, А. И. Нейронные сети. Основы теории / А. И. Галушкин. -М.: Горячая линия - Телеком, 2010.

36. Дуда, Р. Распознавание образов и анализ сцен / Р. Дуда, П. Харт. - М.: Мир, 1976. - 512 с.

37. Головко, В. А. Нейронные сети: обучение, организация и применение / В. А. Головко М.: ИПРЖР, 2001. - 190 с.

38. Яхъяева, Г. Э. Нечеткие множества и нейронные сети / Г. Э. Яхъяева. - М.: Интернет-Университет Информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. - 316 с.

39. Тархов, Д. А. Нейронные сети. Модели и алгоритмы: справочник / Д. А. Тархов. - М.: Радиотехника, 2005. - 180 с.

40. Круглов, В. В. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети / В. В. Круглов, М. И. Дли, Р. Ю. Голунов. - М.:Физматлит, 2001.

41. Soloway, D. Neural Generalized Predictive Control / D. Soloway, P. J. Haley // Proceedings of the 1996 IEEE International Symposium on Intelligent Control. - 1996. - pp. 277-281.

42. Vogl, T. P. Accelerating the convergence of the backpropagation method / T. P. Vogl, J. K. Mangis, A. K. Rigler, W. T. Zink, D. L. Alkon // Biological Cybernetics. - 1988. - vol. 59. - pp. 256-264.

43. Wasserman, P. D. Advanced Methods in Neural Computing / P. D. Wasserman // New York: Van Nostrand Reinhold, 1993. - pp. 96-109.

44. Widrow, В. Adaptive switching circuits / В. Widrow, M. E. Hoff // 1960IRE WESCON Convention Record, New York IRE, 1960. - pp. 46-57.

45. Haykin, S. Neural Networks / S. Haykin // A Comprehensive Foundation New York: Prentice Hall Press, 1998. - pp. 96-104.

46. Swingler, К. Applying Neural Networks / K. Swingler // A Practical Guide, Academic Press, 1996. - pp. 35-41.

47. Горбань, А. Н. Обучение нейронных сетей / А. Н. Горбань. - М.: СП ПараГраф, 1991. - 160 с.

48. Горбань, А. Н. Нейроинформатика, / А. Н. Горбань, В. Л. Дунин-Барковский, А. Н. Кардин; отв. ред. Е. А. Новиков. - Новосибирск: Наука, 1998. -150 с.

49. Уоссерман, Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика / Ф. Уоссерман. - М.: Мир, 1992. - 230 с.

50. Сергеев, Д. С. Автоматизированный контроль качества паяных

соединений изделий ракетно-космической техники / Д. С. Сергеев, Н. В. Астрединова // «В мире неразрушающего контроля». - 2014. - № 1(63). -С. 51-52.

51. Ермолов, И. Н. Ультразвуковой контроль: учебник для специалистов 1 и 2 уровней квалификации / И. Н. Ермолов, М. И. Ермолов. - 2006. - 208 с.

52. Пасси, Г. С. Исследование стабильности акустического контакта при контроле наклонным преобразователем / Г. С. Пасси // Дефектоскопия. - 1988. -№3. - С.69-78.

53. Сергеев, Д. С. Разработка научно-методологического подхода в контроле качества паяных соединений тонкостенных изделий ЖРД / Д. С. Сергеев, Н. В. Астрединова // Сборник трудов IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность». В 2 т. Т. 1 / - Томск: Изд-во Томского политехнического университета. - 2014. - С. 146-149.

54. Граничина, О. Н. Стохастическая оптимизация в информатике / О. Н. Граничина. - СПб.: Изд-во СПбГУ, 2009. - №5. - 240 с.

55. Металлы и сплавы: справочник. - СПб: НПО «Профессионал», 2003. -1066 с.

56. Клюев, В. В. Неразрушающий контроль: справочник: В 7 т. / В. В. Клюев, В. И. Матвеев; под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 6: В 3 кн. Кн. 3: Радиоволновой контроль. /В.И. Матвеев. - М.: Машиностроение, 2004. - 832 с.

57. Сляндиева, Н. А. Роботоскоп ВТ-3000: Всё под контролем / Н. А. Сляндиева // АвиаСоюз. - 2014. - № 2. - С. 22-23.

58. Сергеев, Д. С. Элементы математического моделирования автоматизированного метода лазерно-ультразвукового контроля качества паяных соединений элементов ЖРД / Д. С. Сергеев, А. В. Федоров // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. - СПб: Университет ИТМО. - 2015.

59. Балдев, Р. Мир физики и техники: Применения ультразвука /

Р. Балдев, В. Раджендран, П. Паланичами. - М.: Техносфера, 2006. - 452 с.

60. Клюев, В. В. Неразрушающий контроль: справочник: В 8 т.; под общ. ред. В. В. Клюева. Ультразвуковой контроль. - 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2006. - 560 с.

61. Ермолов, И. Н. Ультразвуковой контроль: учебник для специалистов первого и второго уровней квалификации / И. Н. Ермолов, М. И. Ермолов - М.: Азимут, 2006. - 208 с.

62. Клюев, В. В. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / В. В. Клюев, Ф. Р. Соснин; под ред. Клюева В.В. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2003. - 688 с.

63. Коновалов, С. И. Особенности импульсных режимов работы электроакустических пьезоэлектрических преобразователей / С. И. Коновалов, А. Г. Кузьменко. - СПб.: Политехника, 2014. - С. 83

64. Самокрутов, А. А. Акустические методы и средства исследования напряженно-деформированного состояния конструкций и сооружений / А. А. Самокрутов, В.Т. Бобров, В. Г. Шевалдыкин, С. Г. Алёхин, В. Н. Козлов // В мире неразрушающего контроля. 2005. - №1. - С. 22-26.

65. Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев. - М.: Металлургия. -1977. - 647 с.

66. Лукинов, А. П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств / А. П. Лукинов - СПб.: Изд-во «Лань», 2012. - 608 с.

67. Фу, К. Робототехника / К. Фу, Р. Гонсалес, К. Ли. - Москва: Мир,1990. - 614 с.

68. Шахинпур, М. Курс робототехники / М. Шахинпур. - Москва: Мир, 1989. - 293 с.

69. Iovine John Robots, Androids, and Animatrons: McGraw-Hill. - 2002. -

353 s.

70. Евразия Вести XII 2012 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2012-12a16 (дата обращения: 09.11.2014).

71. Сергеев, Д.С. Автоматизированный комплекс контроля толщины технологических покрытий элементов ЖРД / А.В. Баринов, И.Ю. Кинжагулов, А.А. Смирнов, К.А. Степанова, В.А. Калошин, А.М. Перфилов, А.С Мачихин // Сборник трудов НПО Энергомаш Т. 32 - 2016. - С.275-288.

72. Браславский, Д. А. Точность измерительных устройств / Д. А. Браславский, В. В. Петров. - М.: Машиностроение, 1976. - 306 с.

73. Сергеев, Д. С. Анализ оптимальной схемы проведения контроля качества изделий ракетно-космической техники / Д. С. Сергеев, Н. В. Астрединова // Альманах Научных Работ НИУ ИТМО. - 2014. - С. 353-355.

74. Сергеев, Д. С. Методика контроля качества паяных соединений камер ЖРД с применением метода лазерно-ультразвуковой диагностики / Д. С. Сергеев, Н. В. Астрединова // Сборник трудов II Всероссийский конгресс молодых ученых.

- СПб: НИУ ИТМО, 2013. - С. 67.

75. Сергеев, Д. С. Разработка алгоритма проведения контроля качества паяных соединений изделий ракетно-космической техники / Д. С. Сергеев, Н. В. Астрединова // Сборник трудов III Всероссийский конгресс молодых ученых. - СПб: НИУ ИТМО, 2014. - С. 135-138.

76. Ndt-sp: Технологии и средства НК [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ndt.sp.ru/index_ru.php3?pid=12. (дата обращения: 29.10.2014).

77. Сергеев, Д. С. Разработка алгоритма контроля качества паяных соединений жидкостных ракетных двигателей / Д. С. Сергеев // Сборник тезисов 19 Санкт-Петербургской ассамблеи молодых ученых и специалистов. - 2014. -С.154.

78. Сергеев, Д. С. Разработка автоматизированного метода контроля качества паяных соединений тонкостенных изделий ЖРД / Д. С. Сергеев // Сборник трудов III Международной научно-практической конференции «Инновации на транспорте и в машиностроении». - СПб.: НМСУ «Горный», 2015.

- С. 93-96.

79. ГОСТ 17325-79. Пайка и лужение. Основные термины и определения.

- М.: Изд-во стандартов, 1989. - 22 с.

80. Карабутов, А. А. Измерение оптических характеристик рассеивающих сред оптико-акустическим методом / А. А. Карабутов, И. М. Пеливанов, Н. Б. Подымова, С. Е. Скипетров // Квантовая электроника. Т.29. - 1999. - №3. -С. 215.

81. Лебедев Е.Л., Алексеев К.В., Мохнаткин Д.П.. Определение направлений напряжений в упругой зоне деформаций стальных конструкций при их магнитном контроле / Фундаментальные исследования 2015 - №12 (часть 2), стр.9-12.

82. Вишняков, Я. Д. Теория образования текстур в металлах и сплавах / Я. Д. Вишняков, А. А. Бабарэко, С. А. Владимиров, И. В. Эгиз. - М.: Наука,1979.

- 343 с.

83. МИ 2365-96. ГСИ. Шкалы измерений. Основные положения. Термины и определения. - М.: Изд-ство Юнити-Дана, 1996. - 14 с.

84. ПБ 03-440-02. Правилами аттестации персонала в области неразрушающего контроля. - Москва. НПО ОБТ, 2002. - 25 с.