Устройство для многопараметрового контроля качества материалов и изделий Советский патент 1984 года по МПК G01N27/90 

ключей к входу фазосдвигающей на 90 ячейки, и с опорным входом первого синхронного детектора, выход которого является первым индикаторным выходом узла суммирования, а выход фазосдвигающей на угоп

90 ячейки подключен к опорному входу второго синхронного детектора, выход которого является вторым индикаторным выходом и сигнальным выходом узла суммирования .

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОПАРАМЕТРОЮГО КОНТРСШЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИА ; ЛОВ И ИЗДЕЛИЙ, содержащее последовательно соединенные генератор тока заданной формы и преобразователь, блоки вьзделения информативных параметров, соединенные с выходом преобразо ателя, блоки пороговых элементов, логические схемы И или ИЛИ и регистраторы групп качества, выходы блоков пороговых элементов подключены к входам логических схем И, выходы которых соединены с входами логических схем ИЛИ, а индикаторы групп качества подключены к выходам последних, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено генера тором двух сдвинутых на 90 опорных напряжений, осциллографическим индикатором и узлами суммирования, .об1дее число которых равно (т-1) + + (т-2) +, ..., + (m-n) , где m число информативных параметров, п - число параметров, линейно связанных с информативными параметрами, каждый узел суммирования имеет два сигнальных и два опорных входа, один сигнальный и два индикаторных выхода, причем опорные входы узлов суммирования подключены к выходам . генератора двух сдвинутых на 90° опорных напряжений, индикаторные выходы узлов суммирования - к входам ос1р1ллографического индикатора, узлы суммирования расположены п столбцами, причем в первом столбце содержится (m-l) узлов с мировання, во втором (т-2) узлов Суммирования, в п-м столбце - (m-n) узлов суммирования, сигнальные входы уз.лов суммирования первого столбца подключены к выходам-блоков вьщеления информативных параметров, сигнальные выходы узлов суммирования первого столбца - к сигнальным входам узлов суммирования второго столбца, а сигнальные выходы узлов суммирования п-го столбца соединены с входами блоков пороговых элементов. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ющ е е с я тем, что узел суммирования выполнен в виде первого и второго модуляторов, сигнальный и опорный входы которых являются нальными и опорными входами узла суммирования, сумматора, первого и второго синхронных детекторов, регулируемого фазовращателя и фазосдвигателя на угол 90 ячейки, выходы модуляторов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к сигнальным входам синхронных детекторов, опорный вход первого модулятора соединен с входом регулируемого фазовращателя, выход которого под

Изобретение относится к неразрушащему контролю качества материалов и .изделий электромагнитными метокамя и может быть использовано в тех случаях, когда в результате обработки сигнала преобразователя, взаимодейств: т(нцего с контролируемым изделием, получают несколько (три или более) информативных параметров каждый из которых зависит от физических (контролируемых и мешающих) параметров, а также для структуроскопии и дефектоскопии цветньгк и черных металлов в отраслях машиностроения, цветной и черной металлур гни. Известно устройство для электромагнитного многопараметрового контролй поверхностной обработки ферромагнитных металлических изделий, содержащее преобразователь, группу генераторов синусоидальных колебаний по числу измерительных каналов, сумматор, группу синхронных детекто ров , счатнррешаюцие блоки и группу решающих.функциональных преобразова телей С13« . - .V Недостатками устройства являются сложность и не наглядность настройки Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для многопараметрового контроля качества материалов и изде лий, содержащее последовательно сое диненные генератор тока заданной.фо и преобразователь, блоки вьщеления информативных пapa ютpoв, соединевныг с выходом преобразователя, блоки пороговых элементов, логические схемы И или ИЛИ я регистраторы групп качества выходы блоков пороговых элементов подключены к входам .логических схем И, выходы которых соединены с входами логических схем ИЛИ, а индикаторы групп качества подключены к выходам последних. Известное устройство позволяет производить контроль в том случае, если.между информативными и физическими параметрами имеет место нелинейная связь. Это достигается тем, что устройство позволяет вьщелить в многомерном пространстве информативных параметров участки, соответствующие различным группам качества. Настройка устройства, т.е. задание границ срабатывания пороговых элементов, осуществляется, например, по итогам предварительных испытаний или в результате теоретических расчетов 2 . Однако для повышения точности контроля при наличии нескольких мешающих факторов необходимо увеличить число информативных параметров, но при этом резко возрастает числб пороговых блоков и, следовательно, сложность настройки устройства. Некоторые из мешающих параметров имеют линейную связь с информатибными параметрами. В atoM случае отстройку от мешающих факторов можно упростить, тем самьм повысив точность контроля. Целью изобретения являетсй повышение точности контроля. Поставленная цель достигается тем, что устройство для многопараметрового контроля качества материалов и изделий, содержащее последовательно соедйт ейные генератор toKa заданной формы и преобразователь, блоки вьщеления информативных параметров, соединенные с выходом преобразователя, блоки пороговых элементов, логические схемы И или ИЛИ и регистраторы грзтп качества, выходы блоков пороговых элементов подключены к входам логических схем И, выходы которых соединены с входами логических схем ИЛИ, а индикаторы групп качества подключены к выходам последних, снабжено генератором двух сдвинутых на 90° опорных напряжений, осциллографическим индика,тором и узлами суммирования, общее число которых равно (m-l) + (ш-2) + + ,..., + (m-n) , где m - число информативных параметров, п - число параметров, линейно связанных с информативными параметрами, каждый узе суммирования имеет два сигнальнь1х и два. опорньк входа, один сигнальный и два индикаторных выхода, причем опорные входы узлов суммирования подключены к выходам генератора двух сдвинутых на угол 90° опорных напряжений, индикаторные выходы узлов суммирования - к входам осциллографи ческого индикатора, узлы cy fмиpoвaни расположены п столбцами, причем в пе вом столбце содержится (m-l) узлов суммирования, во втором (ni-2) узлов суммирования, в п-м столбце - (т-п) узлов суммирования, сигнальные входы узлов суммирования первого столбца подключены к выходам блоков выделения информативных параметров, сигнальные выходы узлов суммирования первого столбца - к сигнальным входам узлов суммирования второго столб ца, а сигнальные; выходы узлов суммирования п-го столбца соединены с входами блоков пороговых элементов. Кроме того, узел суммирования выполнен в виде первого и второго моду ляторов, сигнальный и опорный входы которых являются сигнальными и опорными входами узла суммирования, сумматора, первого и второго синхронных детекторов, регулируемого фазовращателя и фазосдвигателя на угол 90 ячейки, выходы модуляторов подключены к входам сзтматора, выход которого подключен к сигнальным входам синхронных детекторов, опорный вход первого модулятора соединен с входом регулируемого фазовращателя, выход которого подключен к входу фазосдвигающей на угол 90ячейки, и с опорным входом первого синхронного детек тора, выход которого является перBbR-i индикаторным выходом узла суммирования, а выход фазосдвигающей на угол 90° ячейки подключен к опорному входу второго синхронного детек тора, выход которого является вторым индикаторным выходом и сигнальным выходом узла суммирования. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для многопараметрового контроля качества материалов и изделий (контроль по четырем параметрам); на фиг. 2 - структурная схема узла суммирования. Устройство для многопараметрового контроля качества материалов и изделий содержит последовательно соединенные генератор 1 тока заданной формы и преобразователь 2, блоки 3-6 вьщеления информативных пара етров, соединенные с выходом преобразователя, блоки 7-14 пороговых элементов с регулируемыми нижними и верхними границами срабатывания, логические схемы И 15-18, логические схемы ИЛИ 19 и 20 и регистраторы 21 и 22 групп качества, выходы блоков 7-14 пороговых элементов подключены к входам логических схем И 15-18, выходы которых соединены с входами логических схем ИЛИ 19 и 20, регистраторы 21 и 22 групп качества подключены к выходам последних. Устройство содержит также генератор 23 двух сдвинутых на 90° опорных напряжений, осциллографический индикатор 24 и узлы 25-29 суммирования, опорные входы которых подключены к выходам генератора 23, двух сдвинутых на угол 90 опорных напряжений, индикаторные выходы узлов 25-29 суммирования подключены к входам осциллографического индикатора 24, узлы 25-29 суммирования расположены столбцами (25-27 - первый столбец, 28 и 29 второй столбец), сигнальные входы узлов 25-27 суммирования первого столбца подключены к выходам блоков 3-6 Вьщеления информативных параметров, сигнальные выходы узлов 25-27 суммирования первого столбца подключены к сигнальным входам узлов 28 и 29 суммирования второго столбца, сигнальные выходы которых соединены с входами блоков 7-14 пороговых элементов. .Каждый из узлов 25-29 суммирования выполнен в виде первого и второго модуляторов 30 и 31 сумматора 32, первого и второго синхронных детекторов 33 и 34, регулируемого фазовращателя 35 и фазосдвигающей на угол 90° ячейки 36, выходы модуляторов 30 и 31 подключены к входам сумматора 32, выход которого по ключен к сигнальным входам синхронных детекторов 33 и 34., опорный вхо первого модулятора 30 соеди 1ен с входом,регулируемого фазовращателя 35, выход которого подключен к входу фазосдвигающей на угол 90° ячейки 36 и с опорным входом первого синхронного детектора 33, выход фазосдвигающей на угол 90° ячейки 36 подключен к опорному входу второго синхронного детектора 34. Устройство работает следующим об разом (пример четырехпараметрового контроля), С помощью специальных двухвходо..вых узлов 25-29 суммирования осуществляется поочередное устранение мешающих факторов, причем в каждом из узлов 25-29 суммирования постоянные напряжения двух информативных параметров, преобразуются в два сдвинутых на 90° синусоидальных сигнала, затем эти сигналы суммируются, в результате чего формируется сигнал, амплитуда и начальная фаза которого характеризуют положение вектора в координатах двух информативных параметров. Затем осу ществляется поворот координатных осей так, чтобы проекция приращения вектора, вызванного одним из ме шающих факторов, на вертикальную ось равнялась нулю. Каждый узел 25-29 суммирования вьфабатывает постоянное напряжение, пропорхщонал ное проекциям вектора на вертикаль- ную и горизонтальную оси, при этом напряжение вертикальной проекции является информативньш сигналом и подлежит дальнейшей обработке, а напряжение горизонтальной проекции только индикаторным сигналом и слу жит для облегчения процесса настройки. Выбором положения координатных осей узлов 25-29 суммирования пер вого столбца добиваются устранения влияния одного из мешающих факторо имеющего линейную связь с информативными параметрами, во втором столбце устраняется влияние второго мешающего фактора и т.д. После устранения влияния всех мешающих факторов, линейно связанных с информативными параметрами, сигналы узлс2 28 и 29 суммирования последнк 1 -олбца поступают на дальнейшую обработку, в результате чего осуществляется определение какой Из областей многомерного пространства информативных параметров соответсТв.уют информативные параметры контролируемого изделия. Генератор 1 нагружается на преобразователь 2, который взаимодействует с контролируемым изделием. Выходной сигнал преобразователя содержит информацию о качестве контролируемого изделия. Сигнал преобразователя поступает на блоки 3-6 выделения информативных параметров. Эти .блоки вырабатьшают постоянные напряжения, пропорционал.ьные соответствующим информативным параметрам С , С , С-, Сц. Пусть четыре информативных параметра зависят от четырёх физических параметров Р , 3 V С« fi3( .-.1 а., + V). постоянные коэффИ1Хиенты, связывающие параметры Р и Pj, под.г лежащие устране нию, с информативными параметрами С, С, С, нелинейные функ f 44 ции, связывакицие физические параметры Р- и Р, , подлежащие контролю, с информативными. Выходные напряжения блоков 3-6 вьщеления параметров попарно (С Сз И Сф) И С, С и С поступают на входы узлов 25-27 первого столбца, в которых осуществляется операция устранения влияния параметра Р,, . Это достигается путем поворота координатных осей (например, С-, и С

в узле 25 суммирования). При этом добиваются, чтобы вертикальная проекция от приращения вектора равкя-лась нулю.

Для упрощения контроля за выполнением этой операции используется охдшлографический индикатор 24, на вертикальные пластины которого подается напряжение вертикальной, а на горизонтальные - горизонтальной составляющей приращения сигнала, сформированного в узле 25 суммирования.

Также настраиваются остальные узлы 26 и 27 суммирования первого столбца. Выходные сигналы узлов 25-27 первого столбца С, С С зависят только от трех физических параметров- Р , Р, Р.. Напряжения С J с, С попарно поступают на входы узлов суммирования 28 и 29 второго столбца, где осуществляется операция устранения второго мешающего параметра F. Выходные напряжения узлов 28 и 29 суммирования второго столбца и С зависят от параметров Р и Р, определяющих качество материала или изделия,

С выходов узлов 28 и 29 последнего столбца напряжения с и поступают на входы блоков 7-14 пороговых элементов с регулируемыми при настройке верхними (, 2е и нижними (С,, С24) границами срабатывания. Блок пороговых элементов, например блок 7, вьфабатывает логический сигнал ДА, если полученное на контролируемом изделии значение лежит между нижней С;,4 и верхней С границами срабатьгоания, т.е. выполняется неравенство . С , При невьшолнении этого неравенства блок 7 вырабатывает логический сигйал НЕТ. Аналогично этому блок 8 пороговых эле.ментов вырабатывает -сигнал ДА, если вы полняется неравенство

С.Н 2 2.В, Сиг-налы с блоков 7-14 пороговых

элементов поступают на логические элементы И 15-18. Логический эламен И, например элемент И 15, вырабатьшает сигнал ДА, если сигнал ДА вырабатывают блоки 7 и 8 пороговых элементов.

С выходов логических элементов И 15-18 сигналы поступают на входы логических элементов ИЛИ 19 и 20,

число которых равно числу групп качества, на которые сортируются контролируемые изделия.

Элементы ИЛИ 19 и 20 вырабатываю сигнал ДА, если сигнал ДА вырабатьгоает хотя бы один из элементов И, присоединенный к их входам.

С выходов элементов ИЛИ 19 и 20 сигналы поступают на регистраторы 21 и 22 (световые, звуковые или механические), по сигналам которых осуществляется сортировка изделий. Сигнал ДА, например, нА выходе элемента ИЛИ 19 вызывает срабатывание регистратора 21.

Узел суммирования, например, узел суммирования 25 (фиг. 2), работает следующим образом.

На сигнальные входы А и Б подаются постоянные напряжения информативных параметров С к С .На опорные входы В и Г подаются с генератора 23 опорных напряжений два напряжения с начальными фазами соответственно Он 90, Модуляторы 30 и 31 вырабатывают синусоидальные напряжения

,}90°

44 «-4 « 4S J JC ,

С и

с ВЫХОДОВ модуляторов 3.0 и 31 эти напряжения поступают на сумматор 32 где осуществляется их сложение. Выходное напряжение сумматора

VT .

«44

jc,..

V

С4

V,

.43

Пусть параметр Р

получает приращение и Р и остальные параметры таются измененными, тогда выходн 1апряжение сумматора 32 получаеприращение 4Vj

. эс.

ас

jf.

г 1 4

-JfT

/IP -fj-ap;- P-4v e

где Vj- - модуль приращения сигнала

сумматора;

Vj- - угол Неязду направлениями вектора ЛУ и координатной осью Cjj.. Мгновенное значение зтого сигнаV(wt +

л а dVj

Операция вращения координатных осей С, С осуществляется с помощью двух синхронных детекторов 33 и 34, регулируемого фазовращателя 35 и фазосдвигакяцей на угол 90° ячейки 36. Напряжение V поступает на сигнальные входы синхронных детекторов 33 и 34. На вход регулируе9

мого фазовращателя 35 опорное напряжение поступает с входа В узла суммирования, т.е. без начального фазового сдвига. Фазовый сдвиг регулируемого фазовращателя равен Ч2 , его выходное напряжение поступает на опорный вход синхронного детектора 33 и на вход фазосдвигающей на угол 90 ячейки 36, выходное напряжение которой имеет начальную фазу (fy + 90). Это напряжение поступает на опорный вход детектора 34, выходное напряжение ко торого имеет вид

сд (). где К , - постоянная передачи детектора-,

V - амплитуда входного напряжения;4dv- начальная фаза входного

6х

напряжения

f.. - начальная фаза опорного

напряжения.

Приращения выходных напряжений uVj- и AVj синхронных детекторов

UV,, k AVj- cos Cfj- - 4)

k ,

Vj4. (Y2 -f-90°)

Таким образом, при выбранном направлении координатных осей вертикальная проекция приращения сигнала, вызванная изменением параметра Pf J обращается s нуль.

Выходное напряжение синхронного детектора 34 является сигнальным D и индикаторным Ж выходами узла суммирования. Выходное напряжение синхронного детектора 33 поступает

7037 10

только на индикаторный выход Е узла суммирования. Причем на выход Е поступает напряжение горизонтальной, а ма выход D - вертикальной 5 проекции приращением суммарного сигнала, повернутой на угол 4 5-системы координат С, С.

Работа остальных узлов 26-29 суммирования осуществляется аналогично.

В качестве примера рассмотрим случай сортировки ферромагнитных изделий по твердости. Небольшие изменения диаметра в пределах допусков на размеры и изменения злект 5 ропроводности в пределах марки стали линейно связаны с информативными параметрами. Изменение содержания углерода в пределах марки стали и твердости в пределах техноло20 гни термообработки связаны с информативными параметрами нелинейно.

Поэтому влияние диаметра и электропроводности на результаты контроля устраняются в первом и втором

25 столбцах узлов 25-29 суммирования, после чего сигналы с вьсходов узлов 28 и 29 суммирования последнего столбца поступают на блоки 7-14 пороговых элементов. Блоки 7-14 по30 роговых элементов, логические схемы И 15-18 и ИЛИ 19 и 20 и индикаторы 21 и 22 групп качества обеспечивают сортировку изделий на группы качества Мягко, Твердо, и

35 Норма.

Предлагаемое устройство для многопараметрового контроля качества материалов и ийделий позволяет повысить точность контроля, посколь40 ку обеспечивает упрощение отстройки от мешаклцих факторов.

фиг. f