RU1542121C

RU1542121C - Устройство для упрочнения поверхности катания железнодорожных рельсов

Info

Publication number: RU1542121C
Authority: RU
Inventors: В.К. Суровин; З.В. Суровина
Original assignee: Суровин Вячеслав Константинович; Суровина Зинаида Васильевна
Priority date: 1988-01-04
Filing date: 1988-01-04
Publication date: 1994-11-30

Abstract

Изобретение относится к упрочнению рабочих поверхностей изделий, а более конкретно к упрочнению поверхности катания железнодорожных рельсов в процессе их эксплуатации, а также к дефектоскопии рельсов. Целью изобретения является повышение эффективности путем снижения потерь мощности луча импульсного лазера в воздушном промежутке между оптическим резонатором и поверхностью упрочнения. Устройство для упрочнения состоит из излучающего в импульсном лазере 1 реперных лазеров 2 с коническими и плоскими фотоприемниками, полупрозрачными зеркалами оптических резонаторов, лазерные лучи 7 которых образуют стенку 8 канала 9, в котором перемещается луч излучающего лазера, а также из многоканального блока сравнения и ЭВМ, содержащей банк известных дефектов железнодорожных рельсов, устройство записи информации и дисплей. Устройство для упрочнения смонтировано на транспортном средстве 12, которое перемещается по поверхности 13 катания железнодорожных рельсов 14. устройство позволяет создать лучами реперных лазеров плазменный канал, по которому перемещается луч импульсного излучающего лазера, что позволяет значительно снизить энергетические потери мощности лазерного луча в воздушном промежутке между оптическим резонатором и поверхностью упрочнения. 3 ил.

Description

Изобретение относится к упрочнению рабочих поверхностей изделий, а более конкретно к упрочнению поверхности катания железнодорожных рельсов в процессе их эксплуатации, а также к дефектоскопии рельсов.

Цель изобретения - повышение эффективности путем снижения потерь мощности луча импульсного лазера в воздушном промежутке между оптическим резонатором и поверхностью упрочнения.

На фиг.1 показана общая схема устройства для упрочнения поверхности катания железнодорожных рельсов, разрез; на фиг.2 - схема подключения реперного лазера к блоку сравнения в ЭВМ; на фиг.3 - вид А на фиг.1.

Устройство для упрочнения состоит из излучающего в импульсном режиме лазера 1, реперных лазеров 2 с коническими 3 и плоскими 4 фотоприемниками, полупрозрачными зеркалами 5 оптических резонаторов 6, лазерные лучи 7 которых образуют стенку 8 канала 9, в котором перемешивается луч излучающего лазера, а также из многоканального блока 10 сравнения и ЭВМ 11, содержащей банк известных дефектов железнодорожных рельсов, устройство записи информации и дисплей. Устройство для упрочнения смонтировано на транспортном средстве 12 (вагон), которое перемещается по поверхности 13 катания железнодорожных рельсов 14.

Устройство упрочнения работает следующим образом.

На корпусе излучающего лазера 1 на окне выхода по замкнутому контуру укреплены реперные лазеры 2, лучи 7 которых образуют стенку 8 канала 9, в котором перемещается луч излучающего импульсного лазера, что способствует снижению потерь мощности лазерного излучения в воздушном промежутке между оптическим резонатором излучающего лазера и упрочняемой поверхностью 13 катания (мишень) ж.д. рельсов 14 вследствие образования плазменного канала 9 лучами 7 реперных лазеров 2.

Импульс световой энергии излучающего лазера 1 по плазменному каналу 9 перемещается до упрочняемой поверхности 13 катания, взаимодействует с ней путем термомеханического воздействия (эффекта) и производит упрочнение поверхности 13 известным способом.

При этом в результате термомеханического эффекта лазерные импульсы лазера 1 преобразуются на поверхности 13 катания ж.д. рельс 14 в ультразвуковые импульсы примерно такой же длительности, что и лазерные, возбуждая в толще рельс 14 ультразвуковые частоты 5-50 мГц при длительности лазерного импульса 10-100 нс и при энергии 1-50 Дж в импульсе. При этом луч лазера 1 может быть сфокусирован, расположен под углом к поверхности 13 упрочнения и сканировать ее, поскольку независимо от угла падения лазерного луча ультразвуковые волны всегда пронизывают материал в направлении, перпендикулярном его поверхности.

При этом каждый реперный лазер 2 содержит два проходных конических фотоприемника 3, расположенных снаружи полупрозрачных зеркал 5 оптического резонатора 6, с тыльной стороны которого расположен плоский фотоприемник 4. Конические фотоприемники 3 соединены между собой и суммируют сигнал, который совместно с сигналом от плоского фотоприемника 4 поступает в блок 10 сравнения ЭВМ 11, где формируется сигнал в виде отношения сигналов от конических 3 и плоского 4 фотоприемников. Изменение интенсивности освещенности плоского фотоприемника 4 вследствие микроскопических отклонений поверхности 13 катания, вызванных отражением ультразвуковых волн от дефектов толщи ж. д. рельсов 14, вызывает изменение сформированного в блоке 10 сравнения сигнала, который поступает на анализ в ЭВМ 11 и сравнивается с сигналом из банка известных дефектов ж.д. рельсов. При этом ЭВМ 11 анализирует сумму изменений сигналов от реперных лазеров 2 и строит достоверную дефектоскопическую картину толщи ж.д. рельсов 14 с записью на носитель информации и с выводом на дисплей.

Наличие в устройстве для упрочнения поверхности катания железнодорожных рельсов и улучшающего в импульсном режиме лазера с системой жизнеобеспечения, сбора и переработки информации, установленных на транспортное средство, которое перемещается по упрочняемой поверхности, реперных лазеров, укрепленных на корпусе, излучающего, позволяет создать лучами реперных лазеров плазменный канал, по которому перемещается луч импульсного излучающего лазера, что позволяет значительно снизить энергетические потери мощности лазерного луча в воздушном промежутке между оптическим резонатором и поверхностью упрочнения (мишень).

Световой импульс излучающего лазера, взаимодействуя с упрочняемой поверхностью путем термомеханического воздействия, упрочняет последнюю известным способом и преобразуется вследствие термомеханического эффекта в ультразвуковые импульсы такой же длительности, что и лазерные, возбуждая в толще рельса ультразвуковые частоты.

Ультразвуковые частоты отражаются от толщи рельса и вызывают микроскопические отклонения поверхности катания ж.д. рельсов. Наличие дефектов в толще рельса меняет характер микроскопических отклонений поверхности катания, освещенной лучами реперных лазеров, что, в свою очередь, меняет режим отраженного по оптической оси лазерного луча, который воздействует на плоский фотодиод (фотоприемник) реперного лазера и вызывает изменение электрического сигнала последнего.

Изменение сигнала с плоского фотодиода влечет соответствующее изменение относительно сигнала от сравнения сигналов проходных конических и плоского фотодиодов, которые поступают от всех реперных лазеров через блок сравнения в ЭВМ для анализа и сравнения с сигналами банка известных дефектов ж.д. рельсов.

Claims

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ, содержащее траснпортное средство и установленный на нем и направленный на указанную поверхность лазер, излучающий в импульсном режиме, оптический резонатор с фотоприемниками и блок сравнения ЭВМ, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности путем снижения потерь мощности лазерного луча в воздушном промежутке между оптическим резонатором и поверхностью упрочнения, оно снабжено реперными лазерами, образующими лучами канал для луча лазера, закрепленными на корпусе последнего, при этом каждый реперный лазер выполнен с проходными коническими фотоприемниками, установленными снаружи оптического резонатора, представляющего собой полупрозрачные зеркала, причем тыльная часть резонатора выполнена с установленным за зеркалом плоским фотоприемником, который соединен с блоком сравнения ЭВМ.