Ученые Томского политехнического университета разработали лабораторный образец уникального самоходного теплового дефектоскопа. Прибор, аналогов которому нет в России, презентуют на VII Международном военно-техническом форуме «Армия-2021».
В Центре промышленной томографии Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ ведутся исследования в области теплового неразрушающего контроля. Метод позволяет выявлять внутренние дефекты материалов путем анализа температуры их поверхности. Ранее в ТПУ были созданы тепловые дефектоскопы для обнаружения скрытых дефектов в композиционных материалах.
Композиционные материалы широко используются в аэрокосмической технике благодаря их высокой прочности при относительно низкой массе, что позволяет создавать, например, такие конструкции крыла, изготовление которых из алюминия было бы неэффективным. Однако композитам присущи специфические дефекты — например, ударные повреждения и расслоения, которые в приповерхностном слое материала не выявляются традиционным ультразвуковым методом контроля. Тепловой метод хорошо для этого подходит. Поэтому актуальной является разработка устройств для обнаружения дефектов на разных стадиях производства и эксплуатации изделий из композиционных материалов.
«Подобных разработок в России еще нет. Наш коллектив подал заявку на патент. Из зарубежных аналогов пока опубликовано всего несколько примеров использования самоходных систем теплового контроля. Например, польские исследователи разработали самоходную систему для контроля крупногабаритных изделий, в том числе строительных сооружений. Ее используют и для контроля композитов, и для выявления трещин в бетоне. Однако в основе зарубежных разработок использован принцип зонированного контроля: платформа с аппаратурой передвигается по поверхности объекта, делая остановки для проведения испытаний отдельных зон. Такой подход эффективен для применения традиционных алгоритмов обработки данных, однако на практике имеет ряд недостатков. Мы пошли по другому пути, опробованному в наших предыдущих разработках, и проводим контроль методом непрерывного сканирования. Наш дефектоскоп может двигаться по исследуемой зоне без остановок, что обеспечивает высокую производительность и качество испытаний», — говорит один из разработчиков, исполняющий обязанности руководителя Центра промышленной томографии Арсений Чулков.
Устройство, разработанное политехниками, предназначено для выявления скрытых дефектов в плоских авиационных панелях большой площади из композиционных материалов, в частности, углепластика. В основе работы прибора — принцип непрерывного линейного сканирования при перемещении дефектоскопа по заданной траектории.
«На движущейся платформе непрерывно работают нагреватель мощностью 2 кВт и тепловизионная камера, которая регистрирует температуру поверхности изделия. Данные обрабатываются с помощью предложенного нами алгоритма на базе нейронных сетей. В результате мы получаем карту дефектов исследуемого объекта. Сейчас дефектоскопом дистанционно с помощью смартфона управляет оператор, но мы планируем оснастить установку системой контроля передвижения по заданным координатам. Высокая мощность нагревателя пока не позволяет нам избавиться от проводов. Сам нагреватель оборудован системой охлаждения и может работать несколько часов непрерывно. Предусмотрен выбор режимов нагрева и скорости движения в зависимости от материала объекта контроля и его толщины», — поясняет исследователь.
Идея разработки, говорит политехник, родилась после посещения предприятий, занимающихся производством авиационной техники, в том числе из композитных материалов. Для автоматизированного контроля дефектов там используют дорогостоящие комплексы с роботизированными манипуляторами на передвижных платформах. И само оборудование, и программное обеспечение ориентированы на контроль конкретных изделий. При этом большая часть деталей все равно контролируется вручную. Устройство, разработанное в ТПУ, портативное, не требует сложной предварительной подготовки к испытаниям и значительно дешевле. Программное обеспечение к самоходному тепловому дефектоскопу также разработано политехниками.
«Мы попытались в одном устройстве собрать все наработки, которыми сейчас владеем. Большим плюсом установки является ее портативность — дефектоскоп можно привезти на предприятие, продемонстрировать принцип его работы. А разработанное нами программное обеспечение при необходимости можно использовать и в роботизированных устройствах. Это направление мы тоже развиваем», — отмечает Арсений Чулков.
Сейчас ученые занимаются тестированием системы, подбором оптимальных параметров и определением моментов, требующих доработки. Также у научного коллектива есть идеи по дальнейшему совершенствованию оборудования.
«Мы прорабатываем возможность оснащения самоходного теплового дефектоскопа датчиками ультразвукового контроля, чтобы проводить комплексную диагностику изделий, — ультразвук хорош при контроле глубоких дефектов, а тепловой метод позволяет эффективнее выявлять приповерхностные дефекты. В рамках гранта РНФ мы провели исследования по синтезу данных, и у нас есть наработки по комбинированному тепловому контролю. Поэтому считаем интересной идею скомбинировать тепловой контроль с классическим ультразвуком», — подчеркивает ученый, уточняя, что разработка дефектоскопа поддержана стипендией Президента РФ сроком на три года.
Источник информации и фото: пресс-служба Томского политехнического университета
