ПРИБОР ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества металлов и может быть использовано для контроля микротрещин, волосивин материалов или локальной неоднородности по составу конструкционных сталей, латуней, меди нержавеющей стали.

Известное устройство для неразрушающего контроля элеткропроводящших изделий, в котором рассматривается повышение достоверности за счет выделения дополнительной информации о типах обнаруживаемых дефектов. Данное устройство не может извлекать дефектные участки материалов в непрерывном технологическом процессе [1]
Известен также вихретоковый структуроскоп [2] содержащий генератор, усилитель мощности, измерительный канал, док вычитания, усилитель постоянного тока и индикатор, канал формирования образцового напряжения, включенный между выходом усилителя мощности и вторым входом блока вычитания, измерительный канал и канал формирования образцового напряжения выполнены идентичными и содержат последовательно соединенные вихретоковый преобразователь, компенсатор переменного напряжения, усилитель, фазочувствительный детектор и усилитель постоянного тока, фазовращатель, включенный между выходом генератора и опорным входом фазочувствительного детектора.

Однако известный вихретоковый структуроскоп не извлекает дефектные участки (проволочных, прутковых) материалов в непрерывном технологическом процессе.

Для повышения производительности и достоверности контроля в прибор неразрушающего контроля, содержащий генератор синусоидальных колебаний, измерительный канал, включающий первый выхретоковый преобразователь первый усилитель, канал формирования образцового сигнала, включающий фазовращатель, входом соединенный с выходом генератора синусоидальных колебаний, второй вихретоковый преобразователь и второй усилитель, и фазовый детектор, введены последовательно соединенный допусковый компаратор, входом соединенный с выходом фазового детектора, логическое устройство и привод и два индикатора количества соответственно изготовленных и отбракованных изделий, входами соединенные с соответствующими выходами логического устройства. Измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных аттенюатора и первого усилителя, соединенного с первой обмоткой первого вихретокового преобразователя, и первого усилителя-формирователя, входом соединенного со второй обмоткой первого вихретокового преобразователя, а выходом с первым входом фазового детектора, а канал формирования образцового сигнала выполнен в виде последовательно соединенных фазовращателя и второго усилителя, соединенного с первой обмоткой второго вихретокового преобразователя и второго усилителя-формирователя, входом соединенного со второй обмоткой второго вихретокового преобразователя, а выходом со вторым входом фазового детектора, а выход генератора синусоидальных колебаний соединен со входом аттенюатора.

Введенные аттенюатор, второй усилитель, вихретоковый преобразователь, усилитель-формирователь, позволяющий выровнять амплитуды и фазы напряжений на первом и втором входах фазового детектора при регулировании прибора. В рабочем режиме прибора амплитуды напряжений на входах фазового детектора будут одинаковыми, а разность фаз пропорциональна величине искажения электрического поля в исследуемом материале, что позволяет реализовать дифференциальный метод измерения в один вихретоковый преобразователь вставляется эталонная проволока, а через другой пропускается контролируемый материал (проволока). Наличие дефектов в контролируемом материале проявляется в изменении поля, что в итоге сказывается на величине разности фаз напряжений с выходов вихретоковых преобразователей.

Кроме того, наличие дефектов в контролируемом материале связано с исполнительным механизмом, работа которого вписывается в непрерывный технологический процесс.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2 представлен цикл навивки пружин; на фиг. 3-12 приведены принципиальные электрические схемы отдельных блоков прибора: фиг. 3 генератор синусоидальный колебаний 1, фиг. 4 аттенюатор 2, фиг. 5 фазовращатель 6, фиг. 6 усилители-формирователи 3,7, фиг. 7 фазовый детектор 10, фиг. 8 - допусковый компаратор 11, фиг. 9 логическое устройство 12, фиг. 10 - устройства индикации количества изготовленных изделий 12 и отбракованных 14 соответственно, фиг. 11 вихретоковые преобразователи 4, 8, фиг. 12- привод исполнительного механизма 15.

Принципиальные схемы блоков используют серийные микросхемы, конденсаторы, сопротивления.

Прибор для неразрушающего контроля содержит генератор синусоидальных колебаний 1, первый выход которого соединен с входом измерительного канала, представляющего собой последовательно соединенные аттенюатор 2, первый делитель 3, подключенный к первой обмотке первого преобразователя 4 и первого усилителя-формирователя 5, входом соединенного со второй обмоткой вихретокового преобразователя 4, а второй выход генератора 1 соединен с входом канала формирования образцового сигнала, включающего последовательно соединенные фазовращатель 6, второй усилитель 7, подключенный ко второй обмотке второго вихретокового преобразователя 8, второй усилитель-формирователь 9, входом включенный со второй обмоткой второго вихретокового преобразователя 8. Выходы первого 5 и второго 9 усилителей-формирователей соединены с первым и вторым входом фазового детектора соответственно, выход которого подключен к последовательно соединенными допусковому компаратору 11, логическому устройству 12 и приводу 15, предназначенному для связи с исполнительным механизмом станка и двумя индикаторами количества соответственно изготовленных 13 и отбракованных изделий 14, входами соединенными с соответствующими выходами логического устройства 12.

Прибор для неразрушающего контроля работает следующим образом. С генератора 1 через аттенюатор 2 синусоидальный сигнал усиливается первым усилителем 3. Усиленный по току сигнал поступает на первую обмотку первого вихретокового преобразователя (ВТП). Со вторичной обмотки первого ВТП 4 сигнал поступает на вход первого усилителя-формирователя 5. ВТП 4 представляет собой две катушки индуктивности, через отверстия которых проходит контролируемая проволока (пруток). Наличие дефектов проволоки искажает магнитное поле катушки, что сказывается на изменении фазы сигнала на выходе первого усилителя-формирователя 5.

Со второго выхода генератора 1 на канал формирования образцового сигнала через фазовращатель 6 синусоидальный сигнал поступает на усилитель 7. Усиленный по току сигнал поступает на первую обмотку второго ВТП 8.Со вторичной обмотки ВТП 8 сигнал поступает на вход второго усилителя-формирователя 9, ВТП 8 аналогичен ВТП 4. В отверстие ВТП 8 помещается эталонная (без дефектов) проволока.

Магнитное поле катушек ВТП 8 не искажается.

Аттенюатор 2 служит для регулировки уровня синусоидального сигнала в измерительном канале. А фазовращатель 6 служит для регулировки фазы сигнала в канале формирования образцового сигнала.

С выходов усилителей-формирователей 5 и 9 сигналы с разными фазами поступают на первый и второй входы фазового детектора 10. При наличии разности фаз на входе, на выходе фазового детектора 10 формируется сигнал. Если этот сигнал выходит за установленные уровни, на выходе компаратора 11 появляется сигнал "дефект". При наличии сигнала "дефект" логическое устройство 12 по сигналу синхронизации формирует сигнал "брак", поступает на привод исполнительного механизма.

Логическое устройство 12 формирует также сигналы для индикации количества изготовленных изделий и количества бракованных изделий.

Вихретоковые преобразователи 4 и 8 конструктивно выполнены в виде выносного датчика, который устанавливается на станке таким образом, чтобы контролируемая проволока (пруток) проходила через ВТП 4.

В ВТП 8 находится бездефектная проволока (пруток), выполняющая роль эталонного материала.

При этом датчик не может быть расположен в непосредственной близости от узла навивки пружин (обработки прутка), поэтому в каждую пружину (пруток) входит участок проволоки (прутка) проконтролированный на предыдущем такте участке и участок, проконтролированный на текущем такте.

Отбраковка производится, если сигнал "дефект" имеется в начале текущего такта или в конце предыдущего такта, т.к. при этом дефектный участок проволоки (пруток) находится в той же пружине (прутке), которую отбракуют. При поступлении сигнала "дефект" в конце текущего такта отбраковке подлежит не изготовленная, а следующая пружина. Цикл навивки пружин показан на фиг. 2.

На отрезках времени (A_N B_N) происходит подача проволоки в навивающий узел и навивка пружин. А на отрезке (B_N-1 A_N) проволока неподвижна.

Обрубание пружины происходит в моменты времени Т. В те же моменты на прибор поступают сигналы синхронизации. При наличии сигнала "дефект" логическое устройство 12 по сигналу синхронизации формирует сигнал "Брак", поступающий на привод исполнительного механизма и на сам исполнительный механизм станка.

В момент T_N обрубается пружина, содержащая участка проволоки, которые прошли через датчик на отрезке (τ_N-1B_N-1) и (A_Nτ_N). При наличии сигнала "дефект" на отрезке времени (τ_N-1τ_N) логическое устройство 12 формирует из синхроимпульса, поступающего в момент T_N, начало сигнала "брак".

Длительность сигнала "брак" может быть установлена в определенных пределах в зависимости от конструкции исполнительного механизма.

Логическое устройство формирует также сигналы для индикации количества изготовленных пружин ("счет") и количества отбракованных пружин ("брак").

Прибор для неразрушающего контроля качества металлов кроме установки непосредственно на станке, используется для входного контроля качества металлов, что позволяет экономить на режущем инструменте, затрачиваемой электрической энергии, человеческом труде. Прибор внедрен и успешно работает на Вильнюсском заводе топливной аппаратуры, Ярославском заводе дизельной аппаратуры, Ярославском моторном заводе.

Использование: изобретение относится к неразрушающему контролю качества металлов и может быть использовано для контроля микротрещин. Сущность: прибор отличается тем, что он снабжен последовательно соединенными допусковым компаратором, входом соединенным с выходом фазового детектора, логическим устройством и приводом, предназначенным для связи с исполнительным механизмом станка, и двумя индикаторами количества соответственно изготовленных и отбракованных изделий, входами соединенными с соответствующими выходами логического устройства, измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных аттенюатора и первого усилителя, соединенного с первой обмоткой первого вихретокового преобразователя, и первого усилителя-формирователя, входом соединенного со второй обмоткой первого вихретокового преобразователя, в выходом - с первым входом фазового детектора, а канал формирования образцового сигнала выполнен в виде последовательно соединенных фазовращателя и второго усилителя, соединенного с первой обмоткой второго вихретокового преобразователя и второго усилителя-формирователя, входом соединенного со второй обмоткой второго вихретокового преобразователя, а выходом со вторым входом фазового детектора, а выход генератора синусоидальных колебаний соединен со входом аттенюатора. 12 ил.

Прибор для неразрушающего контроля металлов, содержащий генератор синусоидальных колебаний, измерительный канал, включающий первый вихретоковый преобразователь и первый усилитель, канал формирования образцового сигнала, включающий фазовращатель, входом соединенный с выходом генератора синусоидальных колебаний, второй вихретоковый преобразователь и второй усилитель, и фазовый детектор, отличающийся тем, что он снабжен последовательно соединенными допусковым компаратором, входом соединенным с выходом фазового детектора, логическим устройством и приводом, предназначенным для связи с исполнительным механизмом станка, и двумя индикаторами количества соответственно изготовленных и отбракованных изделий, входами соединенными с соответствующими выходами логического устройства, измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных аттенюатора и первого усилителя, соединенного с первой обмоткой первого вихретокового преобразователя, и первого усилителя-формирователя, входом соединенного с второй обмоткой первого вихретокового преобразователя, выходом с первым входом фазового детектора, а канал формирования образцового сигнала выполнен в виде последовательно соединенных фазовращателя и второго усилителя, соединенного с первой обмоткой второго вихретокового преобразователя и второго усилителя-формирователя, входом соединенного с второй обмоткой второго вихретокового преобразователя, а выходом с вторым входом фазового детектора, а выход генератора синусоидальных колебаний соединен с входом аттенюатора.