Способ контроля физико-механических показателей ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N27/90 

лей на объект контроля. При реализации способа первоначально выбирается форма намагничивающего сигнала блока 1 намагничивания для получения максимальной чувствительности к площадям скачков Баркгаузена, которые вьзделяются фильтром 11 и интегрируются в блоке 12 интегрирования. По результатам измерений счетно-решающий блок 15 выбирает форму намагничивающего тока, затем выбирается форма намагничивакнцего тока для оптимизации сигнала двух аналогичных

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля показателей ферромагнитных изделий после поверхностного и объемного упрочнения.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет оптимизации .воздействующих полей на объект контроля .

На чертеже показано устройство дл осуществления способа.

Устройство содержит блок 1 намагничивания, измерительный преобразователь 2, два преобразователя 3 и Д с эталонными деталями, датчик 5 регистрации шумов Баркгаузена, соединенные последовательно генератор 6 калиброванных сигналов, аналоговьй коммутатор 7, к входам которого подключены измерительный преобразователь 2, преобразователи 3 и 4 для эталонных образцов и датчик 5 регистрации шумов Баркгаузена, аналого-цифровой преобразователь 8, блок 9 буферной памяти и анализатор 10 спектра в базисе функции Хаара.

Устройство содержит также соединенные последовательно фильтр 11 вер них частот, подключенный к выходу аналогового коммутатора 7 и блок 12 интегрирования, соединенные гтосле- довательно мультиплексор 13, к первому входу.которого подключен анализатор 10 спектра в базисе функций Хаара, интерфейс 14 ввода-вывода и счетно-решающий блок 15, блок 16 упобразцов, имеющих существенно различные свойства. После выбора оптимального тока намагничивания контролируются свойства исследуемых образцов, сигнал от которых через аналоговый коммутатор 7 после преобразования в цифровую форму запоминается в блоке 9 буферной памяти, раскладывается на спектральные составляющие по функциям Хаара, и по обобщенным критериям делается вывод о его физико-технических показателях. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

равления и синхронизации, выходы которого подключены к управляющим .входам аналогового коммутатора 7 и аналого-цифрового преобразователя 8, а первый вход соединен с выходом блока 12 интегрирования, соединенные последовательно нормализатор 17 импульсов, подключенный к выходу фильтра 11 верхних частот, блок 18

регистрации количества скачков Баркгаузена, выход которого подключен к мультиплексору 13, блок 19 управления интервала опроса, блок 20 определения моментных функций и блок

21 вычисления кумулянтов.

В устройство входят также соединенные последовательно блок 22 дискриминаторов, распределитель 23,

четыре преобразователя 24-27 масштабов времени, включенные между распределителем 23 и входами мультиплексора 13 и соединенные после- довательно перепрограмг-шруемая постоянная память 28, подключенная к интерфейсу 14 ввода-вывода и блоку 20 определения моментных функций, контроллер 29 управления сигналом намагничивания, входы которого подключены к интерфейсу 14 вода , блоку 16 управления и син- хрон зации и блоку 19 управления интервалом опроса, и цифро-аналоговьй преобразователь 30, выход которого соединен с блоком 11 намагничивания. Способ с помощью устройства реализуется следующим образом.

На контролируемое изделие воздейсвуют электромагнитным полем и регистрируют характер распределения количества скачков Баркгаузена, при этом дополнительно регистрируют характер распределения площадей скачков Баркгаузена, коллективно перемегничиваю- щихся групп доменов в первом режиме намагничивания, а во втором режиме намагничивания регистрируют спектральные составляющие электродинамичекого преобразователя в базисе функци Хаара, при этом в первом режиме намагничивания форму сигнала намагничи вания устанавливают так,чтобы обеспечивалась максимальная чувствительность характера распределения площадей скачков Баркгаузена у совокупности физико-технических показателей, от- ветственных за структурно-реологические свойства объекта контроля, а во втором режиме намагничивания форму зондирования устанавливают так, чтобы обеспечивалась максимальная вели- чина интегрального параметра определяющего согласно выражения

(ПТОА) (отал) , (1этал) , RArbar) Jlglg-... har. (1

где har - спектральные составляющие сигнала электродинамического преобразователя 1, ..., та первого эталонного образца и второго эталонного образца, существенно отличающиеся по совокупности физико-технических показателей, характеризующих качество цементации или азотирования последних, а по совокупности информативных параметров магнитных шумов Баркгаузена и спектральных составляющих Хаара отклика, снимаемого электродинамического преобразователя, судят о со- вокупности физико-технических показателей, ответственных о эксплуатационной (остаточной) прочности контролируемого изделия.

В качестве информативных составляющих в первом режиме намагничивания используют кумулянты и кумулянт- ные функции различных порядков. Таким орразом, в первом режиме измерения оценивают как характер распределения количества скачков Баркгаузена на различных локальных временных интервалах анализа различной кратности, так и распределение пло

щадей скачкоБ Баркгаузена на указанных интервалах анализа. Это связано с тем, что по мере изменения уровня зондирующего магнитного поля происходит перераспределение не только скачков Баркгаузена количест- |венно, но и последние существенно меняют форму огибающих сигналов (на выходе первичного преобразователя), ; связанных непосредственно с кинетикой изменения граничной энергии |-р при смещении междоменных границ в теле контролируемого объекта. Градиент ) Эх

менения граничной энергии

(где

X - параметр смещения доменных границ) зависит от характера распределения дефектов на пути смещения доменных границ, т.е. в конечном итоге определяются полем остаточных напряжений в объекте контроля.

В связи с тем, что процессы цементации и азотирования непосредственно сопряжены с диффузией углерода или азота в железе или других сплавах, существенно на кинетику процесса намагничивания влияет магнитная вязкость, оказывающая влияние на скорость движения доменных границ. Таким образом, процессы цементации и азотирования существенно перераспределяют поле остаточных технологических напряжений в цементированном или азотированном слое, характер распределения которых существенно зависит от вариации режимов выполнения процесса цементации или азотирования контролируемых изделий и, в свою очередь, естественно сказьшается на формировании реоменных структур в теле контролируемого объекта.

Кроме того, поле остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое (обусловленное механизмом диффузии атомов углерода «или азота в железе или других сплавах) обуславливает перераспределение микротвердости в упрочняющем слое.

Применение критерия согласно выражению (1) позволяет дополнительно формировать параметры зондирования так, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к контролируемым параметрам, например к глубине упрочненного слоя и твердости сердцевины. Для выделения информации о характере распределения остаточных

технологических напряжений по сече-- нию упрочненного слоя используют информацию на локальных интервалах анализа в диапазоне существования магнитных шумов Баркгаузена, При это для большой чувствительности к остаточным технологическим напряжениям в поверхностном упрочненном слое используют меру отклонения магнитных шумов от нормального закона, для чего используют информацию о инвариантных и кумулянтных функциях, ко- |торые численно равны

Ч

.;

Е Н, 1/N(.

Н.

М,

1/N ( ) -, j

н, м,

зм ;

Н5 Mj lO-MjMj

Hg M s - ISMjM - 10 N + 30 M|,

где М„ - центральные моменты n порядка, которые равны

N

М,

1/N 22 (.),

т

где N - количество скачков Баркгаузена.

Для повьшения чувствительности к контролю структурно-реологических параметров, определяющих качество цементации и азотирования, используют информацию, взятую с локальных временных интервалов различной кратности, разнесенных по временной оси ( , 1 /2Т„ер , 1 / Т„ер ) , кратных интервалу наличия магнитных шумов, что позволяет определять распределение остаточных технологических напряжений в упрочненном слое и, следова тельно,. распределение микротвердости в последнем.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально осуществляют цикл обучения для установления оптимальной формы изменения намагничивающе го тока в первом и втором режимах намагничивания. В первой фазе цикла

5

15

0

5

30

35

0

45

0

5

обучения используют критерий мгкси- мальной чувствительности распределения площадей скачков Баркгаузена к совокупности контролируемых физико-технических показателей.

В дальннйтем воздействуют на сменные образцы-свидетели электромагнитным полем, изменяющимся во времени согласно установленным закономерностям в завершающей фазе предыдущего (п-1) шага итерационной процедуры, и опять устанавливают уточ-. ненное значение параметров зондирования на (п+1)-й шаг итерационной процедуры. Сигнал, снимаемый с датчика 5 регистрации шут-юв Баркгаузена, поступает через аналоговый коммутатор 7 S синхронизируемый блоком 1б управления и синхронизации, на вход фильтра 11 верхних частот, на выходе которого вьщеляется информация о магнитных шумах Баркгаузена, Затем сигнал поступает на вход блока 22 дискриминаторов.-Последний содержит m дискриминаторов () с равномерным разнесением порогов дискрими- зации по амплитуде и формирует на выходе последних при превышении уровней дискримизации импульсы. Которые поступают в дальнейшем на вход распределителя 23, который формирует распределение импульсов поочередно на четыре преобразователя 24-27 масштабов времени, позволяющие в кбнечном итоге измерить временные интервалы между двумя соседними импульсами, поступающими из блока 23 дискриминаторов. Затем через мультиплексор 13 и интерфейс 14 ввода-вывода сигнал поступает на блок 20 определения моментных функций, которые позволяет вычислять MOMBHTH ie функции на локальных интервалах анализа кратных интервала наличия в спектре сигнала магнитньп4 шумов Баркгаузена различной кратности, интервал анализа соответствующей кратности задается блоком 19 управления интервала опроса, работа которого синхронизуется блоком 16 управления и синхронизации. В дальнейшем в блоке 21 вычисления кумулянтов вычисляются согласно алгоритмам по . приведенным формулам кумулянты и ку- мулянтные функции. Данная информация поступает на счетно-решающий блок 15, который на ее основании воздействует на контроллер 29, изменяющий форму тока намагничивания.

В дальнейшем осуществляют второй цикл обучения для определения оптимальной формы намагничивающего тока для второго режима намагничивания. Работа устройства во второй фазе обучения во многом родственна работе его в первой фазе обучения.

Отличие работы в данной фазе обучения заключается в том, что измерительная информация снимается поочередно с выходом измерительных преобразователей 3 и 4 для эталонных образцов (при этом контролируемые детали существенно отличаются между собой по совокупности контролируемых физико-технических показателей ферромагнитных изделий), а в качестве информативных составляющих откликов первичных измерительных преобразователей 3 и 4 используются глобальные и локальные функции Хаа- ра (различной кратности). На данной фазе обучения многоуровневой итерационной процедуры поиска оптимальной формы тока намагничивания осуществляется по критерию R(Vic«r). Сигналы измерительных преобразователей 3 и 4 поочередно через аналоговый коммутатор 7 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 8, с выхода которого информация, представленная в цифровой форме, поступает на вход блока 9 буферной памяти. С выхода блока 9 буферной памяти информация по запросу блока 16 управления и синхронизации поступает в анализатор 10 спектра в базисе функций Хаа- ра, где осуществляется параметризация исходного сообщения. Работа тракта управления зондирующим воздействием на объект контроля на первой и второй фазах идентична.

В третьей фазе цикла обучения устанавливают в явном виде многопара- метровые модели контроля физико-тех- нич.еских показателей ферромагнитных изделий (например, твердости упрочненного слоя и сердцевины, глубины цементированного или азотированного слоя). Для этого воздействуют поочередно на сменные образцы представительной обучающей выборки электромагнитными полями согласно первому и второму режимам намагничивания. Измерительная информация снимается с преобразователей 3 и 4 и датчика 5 регистрации шумов Баркгаузена и поочередно (синхронно с намагничиваю-,

щим током) поступает через аналоговый коммутатор 7 либо на вход фильтра 11 верхних частот, либо на вход аналого-цифрового преобразователя 8. В первом режиме намагничивания работает тракт сбора информации о магнитных шумах Баркгаузена, при этом наряду с информацией о распределении изме-

нения площади скачков Баркгаузена (как в первом цикле обучения) используется информация.о количестве . скачков Баркгаузена на локальных интервалах анализа различной крат-

ности.

В режиме измерения устройство работает аналогично, как в третьей фазе цикла обучения, отличие заключается в том, что контролируемое изделие помещается в измерительный пре- образователь 2 и на него накладывается датчик 5 регистрации магнитных щумов Баркгаузена, а счетно-решающий блок 15 в данном случае не реализует регрессионную процедуру, а-согласно установленным в цикле обучения алгоритмам, формирукщим многопа- раметровые оценки, измеряет (точнее оценивает) уровень контролируемых

физико-технических показателей фер- |ромагнитных изделий.

Формула изобретения

1 .Способ контроля физико-механичес- ких показателей ферромагнитных изделий, заключакнцийся в том, что контролируемое изделие намагничивают электромагнитным полем и регистрируют характер распределения количества скач- ков Баркгаузена, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности контроля, регистрируют характер распределения площадей скачков Баркгаузена, выбирают форму намагничива

кщего сигнала из условия максимальной чувствительности характера распределения площадей скачков Баркгаузена к контролируемым параметрам, вводят второй режим намагничивания, форму намагничивающего сигнала при котором выбирают из условия максимума интегрального параметра R(barj

, П эта А) iiwr

зтал1

m

образцов, отличающихся по совокупности физико-механических параметров.

где haff - спектральные составляющие сигнала от эталонных образцов, регистрируют спектральные составляющие информационного сигнала в базис функций Хаара, а в качестве информативных составляющих используют кумулянты функций различных порядков, и по совокупности информативных параметров шумов Баркгауэена и спектральных составляющих информационного сигнала в базисе функций Хаара судят о физико-механических параметрах изделия,

2. Устройство для контроля физико-механических показателей ферромагнитных изделий, содержащее соединенные последовательно блок намагничивания и измерительный преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, анализатор спектра в базисе функций Хаара, счетно-решающий блок, генератор калиброванных сигналов и блок управления и синхронизации, выход которого соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и анализатора спектра в базисе функций Хаара отличающееся тем, что, с целью повьше- ния точности контроля, оно снабжено двумя преобразователями для эталонных образцов, датчиком регистрации шумов Баркгаузена, соединенньми последовательно аналоговым коммутатором, к входу которого подключены измерительный преобразователь, два преобразователя для эталонных образ цов, датчик регистрации шумов, Баркгаузена и генератор калиброванных сигналов, фильтром верхних частот, блоком интегрирования, блоком дискриРедактор А. Козориз Зайаз 3043/58

Составитель Ю. Глазков . Техред Л.Сердюкова Корректор В, Бутяга

Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

O

5

минаторов, четырьмя включенными параллельно преобразователями масштабов времени, мультиплексором, пятый вход которого подключен к анализатору спектра в базисе функций Хаара, и интерфейсом ввода-вывода, подключенным к счетно-решаклцемУ блоку, блоком буферной памяти, вход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к аналоговому коммутатору, а выход - к анализатору спектра в базисе функций Хаара, соединенными последовательно нормализатором импульсов, прдключенным к фильтру верхних частот, и блоком регистрации количества скачков BjipK- гаузена, выход которого подключен к мультиплексору, соединенными последовательно блоком управления интервалом опроса, подключенным к блоку управления и синхронизации, блоком определения моментньгх функций и блоком вычисления кумулянтов и соединенными последовательно перепраграммируемой постоянной памятью, подключенной к блоку определения моментных функций и интерфейсу ввода-вывода, контроллером управления сигналом намагничивания, соединенным с интерфейсом ввода-вывода и цифроаналоговым преобразователем, выход которого подключен к входу блока намагничивания, выходы которого соединены с преобразователями для эталонных образцов и датчи5 ком регистрации шумов Баркгаузена, а управляющие входы контроллера управления сигналом намагничивания и аналогового коммутатора подключены к блоку управления и синхрони0 зации.

0

5

0

Изобретение относится- к области неразрушающего контроля и может быть использовано для определения показателей ферромагнитных изделий после поверхностного и объемного упрочнения. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет оптимизации воздействукнцих магнитных поi (Л