Способ комбинированного теплового неразрушающего контроля движущегося нагретого тела

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО ТЕПЛОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ДВИЖУЩЕГОСЯ НАГРЕТОГО ТЕЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Марукович Евгений Игнатьевич Марков Алексей Петрович Кац Александр Израилевич Волченков Александр Владимирович Гавритов Александр Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) Способ комбинированного теплового неразрушающего контроля движущегося нагретого тела, при котором одновременно переднюю и заднюю поверхности относительно направления движения движущегося нагретого тела сканируют осуществляют преобразование полученной с каждой из указанных поверхностей первичной информации по лучистому потоку путем создания соответствующих дифракционных полей в виде совокупности асимметрично расходящихся парциальных пучков, каждой спектральной компоненте которых приводят в соответствие определенную длину волны фокусируют спектральные компоненты каждой из указанных поверхностей вдоль оси соответствующего светового потока выделяют для каждой указанной поверхности информативную часть, содержащую соответствующую сфокусированную спектральную компоненту с присутствием частичных потоков других длин волн, из формируемого соответствующего изображения создают из каждой указанной информативной части вторичное дифракционное поле с получением дифракционной картины в виде распределенного спектра, по положению максимума интенсивности в котором учитывают влияние удаления от приемника соответствующей указанной поверхности исследуемого тела, а температуру соответствующей указанной поверхности исследуемого тела устанавливают по соотношению экстремальных интенсивностей в распределенном спектре. Изобретение относится к измерению и контролю теплофизического состояния нагретых тел в литье и металлургии и может быть использовано для автоматизированного теплового контроля изделий других отраслей со схожими задачами технологического контроля. 15680 1 2012.04.30 Известен способ теплового контроля нагретых тел, позволяющий бесконтактно производить замеры путем наведения чувствительного приемника на объект и регистрацию его сравнением с контрольным излучением 1. Недостатками данного способа являются ограниченная зона излучений поверхности и,как следствие, необходимость в большом количестве чувствительных приемников, что снижает производительность и достоверность оценки теплофизических свойств нагретого тела. Известен способ пассивного теплового контроля нагретых тел по температурному рельефу (тепловому изображению) тепловой картины. На основе эффекта миража осуществляются преобразования температурного распределения в соответствующий сигнал с последующей обработкой 2. В динамике движущегося нагретого тела из-за изменяющейся теплопроводности пограничного слоя искажается тепловая картина распределения температуры поверхности,что снижает достоверность и производительность (точечный контроль в статике). Известен способ оптико-электронного сканирования нагретой поверхности, когда с помощью сканирующих систем (механических устройств, оптико-электронных пространственно-временных модуляторов и т.д.) сканируют поверхность 3. Однако устройства, реализующие такой способ, отличаются большими габаритами,невысокой разрешающей способностью и влиянием дестабилизирующих воздействий(дыма, паров и т.д.). Существенным ограничением достоверности результатов является условие жесткого визирования оптико-электронной системы. Известен способ теплового контроля по спектральному отношению с использованием различных длин волн излучения нагретой поверхности или всего спектрального диапазона 4. Однако для достоверной оценки теплового состояния поверхности необходимо знать спектральный коэффициент излучения и расстояние визирования приемника, что ограничивает достоверность и производительность контроля. Известен способ оценки текущего состояния поверхности сканирующим тепловизором, обеспечивающим получение интегральной картины распределения температуры всей поверхности 6. Недостатком данного способа является значительное время на формирование и обработку информации (наличие большого количества кадров), что вносит разрыв в информационно-преобразовательный процесс, когда съем первичной информации и ее обработка производятся в различных пространственно-временных координатах, и снижает достоверность и производительность контроля движущихся нагретых тел. По существу, ни один из известных способов измерения температуры нагретых тел не позволяет непрерывно и оперативно измерять температуру движущихся нагретых тел,особенно в производственных условиях современных скоростных технологий литья и металлургии 3, 4, 5. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является способ бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел, основанный на съемке объекта в инфракрасном и/или видимом диапазонах спектра излучения с разложением цветного изображения на компоненты, последующим покомпонентным цифровым преобразованием, сопоставлением их отображений с эталонными значениями и по ближайшим сходным с эталонными значениям идентифицированием температуры 7. Однако спектральное разложение цветного изображения по трем стандартным компонентам при сложности цифрового отображения и сравнения с эталонными значениями производится в различных пространственно-временных координатах, что снижает достоверность и производительность контроля движущихся нагретых тел в процессах литья и металлургии. Единой технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение,является повышение достоверности и производительности теплового контроля движущихся нагретых тел. 2 15680 1 2012.04.30 Задача достигается тем, что в способе комбинированного теплового неразрушающего контроля движущегося нагретого тела одновременно переднюю и заднюю поверхности относительно направления движения движущегося нагретого тела сканируют осуществляют преобразование полученной с каждой из указанных поверхностей первичной информации по лучистому потоку путем создания соответствующих дифракционных полей в виде совокупности асимметрично расходящихся парциальных пучков, каждой спектральной компоненте которых приводят в соответствие определенную длину волны фокусируют спектральные компоненты каждой из указанных поверхностей вдоль оси соответствующего светового потока выделяют для каждой указанной поверхности информативную часть, содержащую соответствующую сфокусированную спектральную компоненту с присутствием частичных потоков других длин волн, из формируемого соответствующего изображения создают из каждой указанной информативной части вторичное дифракционное поле с получением дифракционной картины в виде распределенного спектра, по положению максимума интенсивности в котором учитывают влияние удаления от приемника соответствующей указанной поверхности исследуемого тела, а температуру соответствующей указанной поверхности исследуемого тела устанавливают по соотношению экстремальных интенсивностей в распределенном спектре. Способ комбинированного теплового неразрушающего контроля движущегося нагретого тела заключается в том, что проводятся операции преобразование первичной информации по лучистому потоку осуществляется по лучистому потоку каждой поверхности (т.е. спереди и сзади) создают дифракционное поле в виде совокупности асимметричных расходящихся парциальных пучков каждой спектральной компоненте излучения приводится в соответствие определенная длина волны фокусируют спектральные составляющие вдоль оси светового потока в формируемом изображении выделяется некоторая информативная часть, содержащая сфокусированную компоненту с присутствием частичных потоков других длин волн создается из информативной части вторичное дифракционное поле, и в этой дифракционной картине в виде распределенного спектра используют экстремальные интенсивности воспринимаемых длин волн по передней и задней поверхности одновременно по соотношениюиинтенсивностей в распределенном спектре устанавливают реальную температуру поверхности спереди и сзади по положениюинтенсивности в этом распределенном спектре учитывают влияние удаления от приемника передней и задней поверхностей. В такой комбинации операций все преобразования ведутся с лучистым потоком (одновременно) от передней и задней поверхности. При повторной дифракции информативного излучения формируется его распределенный спектр, в котором экстремальные интенсивности соответствуют определенным длинам волн воспринимаемого излучения нагретого тела. По соотношениюиинтенсивностей в этом распределенном спектре устанавливают одновременно температуру поверхности спереди и сзади. В комплексном эффекте спектрально-энергетических и дифракционных преобразований обеспечивается реализуемость заявляемого способа. Для этого достаточно иметь два объектива, две диафрагмы, дефлектор и пространственно распределенный приемник для обработки вторично распределенного спектра, т.е. после вторичного формирования дифракционной картины. Источники информации 1. Измерения в промышленности Справ. изд. в 3-х кн. Кн. 2. Способы измерения и аппаратура пер. с нем. / Под ред. П.Профоса. - 2-е изд. перераб. и доп. - М. Металлургия,1990. - С. 341-345. 15680 1 2012.04.30 2. Епифанцев Б.П., Гусев Е.А., Матвеев В.И. и др.Неразрушающий контроль в 5 кн. Кн. 4. Контроль излучениями / Под ред. В.В.Сухорукова. - М. Высш. шк., 1992. - . 18,196-197. 3. Поскачей А.А., Чубаров Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры. 2-е изд. перераб. и доп. - М. Энергоатомиздат, 1998. - . 170-172. 4. Марков А.П., Марукович Е.И., Патук Е.М. и др. Способы и средства оптикоэлектронной термоскопии. // Литье и металлургия. -3(47). - 2008. - . 175-181. 5. Патент 2149366 1, МПК 701 5/58. Способ бесконтактного измерения температуры. 6. Непрерывное измерение температуры в промышленности. Линейно-сканирующий термометр МР 50. //. . . 7. Патент 2238529 1, МПК 701 5/60. Способ бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4