Способ многопараметрового электромагнитного контроля ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N27/90 

I

-12885

Изобретение относится к методам еразрушающего контроля физико-мехаических параметров ферромагнитных зделий и может быть использовано в . ашиностроительной промьшшенности для структурного анализа.

Цель изобретения - повьшкгние точности контроля параметров изделий за счет введения дополнительного режима намагничивания током треугольной формы.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит соединенные последовательно блок 1 намагничивания и два электромагнитных преобразователя 2 и 3 два тензометрических преобразователя 4 и 5, соединенные последовательно селектор 6 блок 7 управления комг утатором аналоговьй коммутатор 8, к входам которого подключены электромагнитные преобразо- ватели 2 и 3 и тензометрические датчики 4 и 5., аналого-цифровой преобразователь 9 и блок IО буферной памяти.

Устройство содержит также интерфейсный узел 115 состоящий из последовательно соединенных дешифратора 12 адреса с памятью, блока 13 управления квитированием, блока 14 приемопередатчиков , входы которого подключены к селектору 6 и блоку 10 буферной памяти, и входного и выходного регистров 15 и 16.. Интерфейсньш узел 11 содержит также соединенные последовательно регистр 7 управления и шинньй формирователь 18, выход которого подключен к селектору 6 и дешифратору 12 адреса с памятью, В состав устройства входят также соединенные последовательно контроллер 19 стенда, подключенньй к селектору 6, и исполнительньш механизм 20,, соединенные последовательно контрол- лер 21 намагничивающего тока, муль- типлексор 22, два регистра 23 и 24, управляемьй генератор 25 и формирователь 26 тока намагничивания, и мини-ЭВМ 27, связанная с входным и выходным регистрами 15 и 16 и регистром 17 управления.

Способ реализуется следуюпщм образом.

На контролируемьй объект воздействуют электромагнитным полем, изменяющимся по треугольной форме (по,

5

79 2 системе функций Шаудера) в широком диапазоне частот (10 Гц -100 кГц) зондирования. Исходные амплитудные значения последних на соответствующих частотах анализа устанавливают такими5 чтобы уровень высших гармоник Уолша в спектре сигнала первичного измерительного йреобразователя на всех выбранных частотах анализа был постоянен (например 0,5%), при этом дополнительно осуществляют коррекцию амплитуды зондирования для компенсации вклада, обусловленного вариацией структуры, численно равную по величине К А, где

TJ

0

5

0

0

0

Кэ-(/ (а, где ,61,ff

)Ча,-|-)Ч(а,|-Ч

69

соответственно оценки твердости, предела текучести, предела проч- . ности, определяемые в первом режиме намаг ничивания; , р 5 6, 6g - указанные прочностные характеристи эталонной (опорной) детали; а, , a,j 5 а -- весовые множители, определяемые в цикле, обучения на представительной обучающей выборке образцов-свидетелей по критерию минимальной дисперсии о.шибки;

А - исходная амплитуда сигнала на частоте анализао

Для исключения влияния мешающего фактора, обусловленного существенной трансформацией реологической функции объекта контроля в -облас- Ti4 совершения фазового реологического перехода первого и второго видов - |е Ч (е )| , согласно предлагаемому способу осуществляют дополнительную коррекцию амплитуды зондирования, пропорционально К , А , где

./чь:(.)

4 Ъ, (.6

е-г

ь;,

и г,, t

bj

2

-)

весовые множители (постоянные для данного типа изделия), которые устанавливают в цикле обучения на представитр.льной выборке образцов; (У - значение,, соответствующее предельному переходу в область совершения фазового реологического перехода первого вида.

В дальнейшем на эталонные (сменные) образцы первой группы воздействуют по уровню исходными амплиту- дами на частотах анализа и регистрируют спектральный состав (в базисе Уолша) отклика электродинамического преобразователя, при этом Осуществляют нагружение эталонных образцов .в области Гука и устанавливают в явэлектродинамического преобразова- теля используют спектральные составляющие Уолша, регистрируемые на локальных интервалах анализа, г В режиме обучения устанавливают оптимальные параметры корреляции амп литуды зондирования дпя исключения влияния сильномешающих факторов ва- рации структуры ( р, uff , Дб ) и to трансформации реологической функции Е У (б) в области совершения фа- зовых реолог14ческих переходов первого и второго видов на процесс контроля абсолютных реологических напряной форме зависимость изменения амп- 5 жений (составляющих тензора реологических полей 6, у,

Цикл обучения.осуществляют путем изменения степени усечения обучающей выборки образцов по совокуплитуды поля от уровня р, &, Gg каждого параметра индивидуально и всей совокупности А f(ps &-Г , Gg ). позволяет повысить точность контроля абсолютных реологических полей 20 ности прочностных характеристик и ин- (0j , t,i, , ) при существенной тенсивности погружения последних по

уровню 6, &, J3 , при этом осуществляют электромагнитное зондирование объекта контроля на выбранных

ку образцов- (образцы средней проч- частотах анализа в диапазоне 20 Гц - ностной группы), воздействуют на которые изменяются по форме

и системе функций Шаудера и в диапа 1 2 ЭЗ

вариации прочностных характеристик контролируемых изделий. Затем используют усеченную обучающую выборуказанные образцы в области Кельвина и Максвелла и регистрируют отклик электродинамического преобразователя, при этом устанавливают характер изменения амплитуд (на фиксированных частотах анализа) в зависимости от уровня накапливаемых остаточных напряжений, обуславливающих трансформацию реологической функции 4 ((э ) При этом величину результирующей амплитуды зондируюп1его поля при вычислении вторичных (уточненных) оценок о , (у , S в ре22

33

зоне Vj,. 100 КА/М. Первоначально на эталонах первой группы измеря30 ют гармонический состав электродина- мическо1го преобразователя и устанавливают в явной форме многопараметро- вые оценки контролируемых параметров Р т в используя для этого про35 цедуру множественного регрессивного анализа,

В дальнейшем используют усеченную представительную выборку образцов-свидетелей (крайних прочностных

жиме измерения устанавливают по кри- 40 групп и средней прочностной группы) терию

АП с )Т7Г,

где коэффициенты Сд и с устанавливают в цикле обучения (в заключительной его фазе) на представительной выборке образцов-свидетелей по критерию минимальной дисперсии ошибки.

Согласно способу в качестве электродинамического преобразователя ис- пользуют первичный преобразователь, включенный по дифференциальной схеи воздействуют на последние реологическими полями от области Гука вплоть до разрушения их ( ё , 6 , ,}, анализируют отклик э-г ектродинамичес- 45 кого преобразователя (спектральный состав его) и устанавливают изменение коррекции амплитуды от 6 , б , р и остаточных напряжений Ё , т.е.

f ( fff, V P. бр ) Многопара- 50 метровые оценки прочностных характеристик объекта контроля 6,6 , р устанавливают в первом режиме намаг- н ичивания. 1ногопараметровые оценки

.. 22 ) б.

,, , .. . J3 в явной форме опредеме включения (с опорной деталью), со- ляются на ограниченной обучающей держащий по две ортогонально расповыборке образцов (средней прочностной группы) в области деформации (области Гука) контролируемых изделий.

ложенные измерительные обмотки относительно намагничивающих, а в качестве информативных составляющих

электродинамического преобразова- теля используют спектральные составляющие Уолша, регистрируемые на локальных интервалах анализа, В режиме обучения устанавливают оптимальные параметры корреляции амп литуды зондирования дпя исключения влияния сильномешающих факторов ва- рации структуры ( р, uff , Дб ) и трансформации реологической функции Е У (б) в области совершения фа- зовых реолог14ческих переходов первого и второго видов на процесс контроля абсолютных реологических напрязоне Vj,. 100 КА/М. Первоначально на эталонах первой группы измеряют гармонический состав электродина- мическо1го преобразователя и устанавливают в явной форме многопараметро- вые оценки контролируемых параметров Р т в используя для этого процедуру множественного регрессивного анализа,

В дальнейшем используют усеченную представительную выборку образцов-свидетелей (крайних прочностных

групп и средней прочностной группы)

и воздействуют на последние реологическими полями от области Гука вплоть до разрушения их ( ё , 6 , ,}, анализируют отклик э-г ектродинамичес- кого преобразователя (спектральный состав его) и устанавливают изменение коррекции амплитуды от 6 , б , р и остаточных напряжений Ё , т.е.

f ( fff, V P. бр ) Многопара- метровые оценки прочностных характеристик объекта контроля 6,6 , р устанавливают в первом режиме намаг- н ичивания. 1ногопараметровые оценки

.. 22 ) б.

,, , .. . J3 в явной форме определяются на ограниченной обучающей

ляются на ограниченной обучающей

выборке образцов (средней прочностной группы) в области деформации (области Гука) контролируемых изделий.

В режиме измерения, в первом ре-жиме намагничивания, устанавливают в явной форме оценки прочностных харакл 1 А

теристик р, ё , б , на основании последних устанавливают уровень зондирования во втором режиме на 1агни-- чивания (первичная коррекция амплитуды), равный А. (1 - К); и определяют первичные оценки контролируепараметров

ff,

f

22

СОглас-Ш

но последним, а также ранее установлленным о. , ff

ричную корреляцию амплитуды зонди- рования А(1 - / ( с)2 + ( с) и определяют вторичною, уточненные

,1 и ЬЪ

р осуществляют вто

оценки

Выбор соответствующих частот зондирования согласно .предлагаемому способу осуществляется исходя кз соотношения для обобщенного параметра, определяющего информативную зону захвата информации о свойствах контролируемого объекта по Глубине. Выбор сетки частот, токовихреврго зондирования объекта контроля из условия их минимума при достаточной,полноте отображения свойств объекта контроля (совокупности физико-механгтчЕеских характеристик) основан на ортогонали зации вклада на каждой частоте анализа в контролируемую совок ппность физико-механических характеристик

Устройство работает следующим образом.

Первоначально осуществляется цикл обучения на представительной выборке образцов контролируемых изделий. При этом .амплитуду вoзб rждaющeгo тока ступенчато изменяют во времени . в соответствии с программой,задавае- ;мой мини-ЭВМ 27 в диапазоне ампли- туд no Up. 100 КА/М. В качестве iинформативных составляющих использу- JToT гармоники Уолша, регистрируемые на локальных интервалах анализа различной Кратности огибающей сигнала, ,полученной путем изменения для каждого значения возбуждающего тока, нормированные по его мгновенным зна- (чениям отклика в-моменты времени it КТ + Т/2 п, где К 1 , 2, 3 .. .; п - 0,1,2,3,4,

Для реализации управления зондирующим воздействием, на объект контроля мини-ЭВМ 27 воздействует на контроллер 21 намагничивающего тока через селектор 6,.т1ри этом контроллер 21 намагничивающет о тока формирует в цифровой форме изменения мгно

j

5

0

Q

0

5

0

5

венных значений намагничивающего тока, осуществляя тем самым управление формой намагничивающего тока и частотой зондирующего воздействия. Реализация в такой форме контроллера 21 намагничивающего тока обеспечивает гибкость изменения частоты зондирования, когда форма зондирую- щего воздействия остается в диапазоне частот постоянной. Это позволяет упростить реализацию тракта управления зондирующшч устройством и, кроме того, осуществляет независимую регулировку параметров зондирующего воздействия по форме намагничивания и его частоте,,

При этом 1контроллер 21 намагничивающего тока через мультиплексор 22., регистры 23 и 24 воздействует на управляемый генератор 25 и формирователь 26 .тока намагничивания. В режиме обучения контроллер 21 намагничивающего тока на базе задаваемого шага (с помощью мини-ЭВМ 27) иттера- ционной процедуры поиска формирует форму зондирующего воздействия в явном виде по критерию минимальной дисперсии ошибки.

В первом режиме обучения устанавливают вид регрессионных уравнений формирующих О :;енки контролируемых прочностных характеристик ё к в , р путем коэффициентного взвешива- . ния информативных составляющих)., фтя этого электром,агнитный преобразователь 2 вюгЕючают в абсолютный режим ; измерения с помощью аналогового коммутатора 8, причем управление последним осуществляют с помощью мини-ЭВМ 27 через интерфейсньй узел 11, селектор 6 и блок 7 управления коммутато- ро,м. Мини-ЭВМ 27 задает характер опроса (одиночньй, его адресную часть, последовательный опрос, интервалы опроса и т.д.), на основании которого блок 7 управления коммутатором вырабатывает последовательность переклю- каналов аналогового коммутатора 8 во времени с привязкой относительно намагничивающего тока.

Для изменения объемного напряженного состояния электромагнитные преобразователи 2 и 3 содержат ортогонально расположенные вторичные обмотки, которые выполнены в виде двух отдельных секций, разнесенных на 3-5 длин указанных секций. При этом с помощью аналогового коммутатора 8, который синхронизируется блоком 7 уп-

7

равления коммутатором, осуществля- ется поочередное (синхронное) переключение указанных секций измерительных (вторичных) обмоток,

В первой фазе второго цикла обучения устанавливают информативные частоты зондирования при изменении напряжений в контролируемом объекте. При этом мини-ЭВМ 27 задает исходную частоту зондирования, форму и амплитуду сигнала. Полученный сигнал с электромагнитных преобразователей считывается в блоке 10 буферной памяти, а затем в мини-ЭВМ, где производится его обработка. Устанавливая соответствующие образцы, производится обучение устройства соответствующим критериям. Цикл обуче- ния завершается после установления в явной форме закойомерностей изме- нения амплитуды воздействующего сигнала на объект контроля.

Устройство в режиме измерения работает следующим образом.

Первоначально воздейств тот на объ ект контроля (с помощью тракта управления зондирующим воздействием) ступенчато изменяющимся по амплитуде (треугольной формы) зондирующим полем на фиксированной частоте, напри- мер, 40 Гц в диапазоне амплитуд до V. 100 КА/М и регистрируют отк Макс

КЛИК, информация о котором через тракт сбора и обработки измерительной информации поступает в мини-ЭВМ 27. В последней согласно установленным алгоритмам первоначально вычисляют спектральные гармонические состав. ляющие в базисе Уолша на локальных интервалах анализа, а затем оценки

параметров 6 , в , р- Мини-ЭВМ 27 воздействует первоначально на селектор 6 и на контроллер 21 намагничивающего тока, воздействуя на упраляемый генератор 25 и формирователь 26 тока намагничивания, через мультиплексор 22 и регистры 23 и 24 обепечивает формирование ступенчато изменяющегося по амплитуде (треуголной формы) зондирующего воздействия на объект контроля с помощью блока

намагничивания. После вычисления паАраметров Ь, Ъ , р контролируемого

изделия мини-ЭВМ 27 переводит рабо

ту устройства во второй режим измере-55 качество контролируемого изделия.

ния. При этом с помощью аналогового коммутатора 8 осуществляется подключение электромагнитных преобразователей 2 и 3 по дифференциальной схеfO

f5

20 -25ЗО

88579 8

ме включения, В этом режиме измерения осуществляют многочастотное (поочередно переключаемое) зондирование объекта контроля в диапазоне 20 Гц - 50 кГц, Первоначально воздействуют на объект контроля поочередно на каждой частоте анализа (f ,..., ..,,f ) воздействием установленной

FTJ

оптимальной формы с исходными амплитудами А, j , с установленными в первой фазе второго цикла обучения. При -этом мини-ЭВМ. 27, оказывая действие на контроллер 21 намагничивающего тока, обеспечивает исходную коррекцию амплитуды зондирования на базе установленных (вычисленных) оценок

1 , ё.

6,.- ё , 6j (согласно описанному).

. -

( В дальнейшем тракт сбора и обработки измерительной информации осуществляет вычисление первичных оценок 6, , 622 которых (ff

, б,, , на основании

л ;Й „ .2 33 И г ь

р) осуществляют втopичнy коррекцш-з амплитуды зондирования контроллером 21 намагничивающего тока, который обеспечивает выдачу формы намагничивающего тока в блок 1 намагничивания откорректированных значений амплитуды зондирования (вторичная коррекция), на основании которой в мини-ЭВМ вычисляют вторичные оценки 6 ё t S , На этом процесс

11 2 , 33 ,

измерения физико-технических показателей ферромагнитных изделий завер- 35 шается.

Ф о рмула изобретения

1, Способ многопарамётрового электромагнитного контроля ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что последовательно воздействуют на контролируемое изделие электромагнитным полем изменяющейся интенсив- ности, получают огибающую сигнала, выделяют спектральные составляющие полученного сигнала путем измерения для каждого значения возбуждающего тока нормированных по его амплитуде мгновенных значений информационного сигнала в последовательные моменты времени, преобразуют его с помощью функций Уолша и по результатам анализа полученного сигнала определяют

сравнивая результаты измерений с результатами, полученньми на эталонных образцах в процессе обучения, отличающийся тем.

9:

что, с целью повьшения точности конроля параметров изделий, при первом .режиме намагйич ИЕания в цикле обучения определяют вид уравнен™ per ре с CHHj формир тощих оценки прочностных характеристик, вводят второй цикл намагничивания,, во время которого воздействуют нй объект контроля элетромагнитным полем, изменяющимся по системе сЗзунки,ий Шаудера, совместно с изменением частоты зондирования, амплитуду которого устанаво1ивают из условия постоянства амплитуды выших гармоник Уолша в спектре измеренного, сигнала, корректир;1дат ампли туду scHry Spii-ora.erG сигнала с коэффицентом К „ а в области упруго-тшасти кой деформации с ЕотюлкЕтельным коэффициентом К „ ст:- наБлиэа1от амп

клитуду зондирзпощего зоздг;;- ной А(,, оценки механичес:а устанавливают путем регис нок нормальных составлкю Ил- НИЙ5 весовые- множители г.. ,, .-, с, с (i 1,2.3) устакавливагот в цикле обучения согласно критерию минимальной дисперсииэ оперкруя ст пенью усечения обучающей выборки эффициенты b . и 1; (i ;„ 3) танавлквают в цикл;;;: обучекяя в жиме измерения опрядел.кют эцекки прочностных характеристик Рэ 6 ; на основании которьш осуществляю первичную коррекцию амп.иитуды зо Р3 тощего воздейств:ия,, опредзлгя первичные оценки e..;s S g,, , DJ..J и вторв ную коррекцию амп. согласно кртерик Л., (1 - ( п

которой определяют уточг енные вториные оценки контролируемых параметро где .

5ДИ

Н (а

,i.%V,,(a . Jiu.-)

(Sr.-

V

k„ .Ь

:(:%.

r

ч

b.

,

ч e -. - т

-- b

f yy - ni N a (,. .

S., .6

Bs

ОЦЕНКИ прочностных характеристик : твердости, предела текучести и предела прочности; соответственно твердость, предел прочности и предел теку10

0

O

S , ,0 , ,

i

в

чести эталонного изделия;

нормальные напряжения в соответствующих ортогональных направлениях;

значения уровня предельного перехода в область совершения фазового реологического перехода.

2. Устройство многопараметрового контроля ферромагнитных изделий, содержащее соединенные последовательно формирователь тока намагничивания, блок намагничивания и электромагнитный преобразователь, и аналого-цифровой преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности контроля параметров из- ;делий, оно снабжено последовательно ; соединенными контроллером намагничи- вающего тока,, мультиплексором, двумя регистрами и управляемым генерато- ром, подключенным к формирователю тока намагнргчивания, вторым электро- ;,магнитным преобразователем, соединенными последовательно селектором, подключенным к контролкеру намаг- 30 ничивающего тока, блоком управления коммутатора и аналоговым ког-мутато- ром, входы которого соединены с первым и BTOpbiNi электромагнитными пре- образователями, а выход подключен к 35 аналого-цифровому преобразователю, . двумя тензометрическими преобразователями, подключенными к аналоговому коммутаторуS соединенными последовательно контроллером стенда, подклю- , 40 ченным к селектору, и исполнительным механизмом, мини-ЭВМ, блоком буферной памяти и интерфейсным узлом, выполненным в виде последовательно соединенных дешифратора адреса с 45 памятью, подключенного к селектору блока управления квитированием, блока приемопередатчиков к входам которого подключен селектор и аналого-цифровой преобразователь через 50 блок буферной памяти, входного и вы- ходкого, регистров, подклю,ченных к мини-ЭВМ, и соединенных последовательно регистра управления, подключенного .к мини-ЭВМ, и шинного форми- 55 рователя, выход которого подключен к селекторус

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля физико-технических показателей ферромагнитных изделий и может быть использовано в промышленности для определения прочностных характеристик контролируемых изделий. Целью изобретения является повьшение точности контроля за счет введения дополнительного режима- намагничивания током треугольной формы. На изделие воздействуют электромагнитным полем, напряженность которого изменяется по системе функций Тауде- ра при изменении частот возбуждающе- го тока. При этом вводятся дополнительные коррекции тока намагничивания для отстройки отметающих факторов. Определение параметров коррекции производится путем предварительной обучающей выборки на эталонных изделиях. Устройство, реализующее данный способ,, содержит мини-ЭВМ, которая через интерфейс управляет работой контроллерами намагничивающего тока и стенда. Контролируемая деталь намагничивается в электромагнитном преобразователе одновременно с эталоном, подвергается упругой деформации, величина которой регистрируется тензодатчиками, и через аналоговый коммутатор информационные сигналы поступают в аналого-цифровой преобразователь и в цифровой форме на вход интерфейса. Путем адаптивного изменения воздействующих параметров осуществляется обучение для контроля соответствующего типа изделий. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. сл 1чО 00 00 ел со

Редактор О.Бугир

Составитель Ю.Глазков

Техред Л.Олейник Корректор А.Обручар

Заказ 7800/41 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