Устройство для контроля качества поверхностного упрочнения Советский патент 1988 года по МПК G01N27/83 

Запуск

Изобретение касается неразрушающего контроля физических свойств ферромагнитных изделий и может быть использовано для оценки качества по-- верхностнрго упрочнения Целью изоб- ;ретения является повьшение достовер- ности контроля за счет устранения неоднозначности показаний индикатора скачков Баркгаузена при больших остаточных деформациях и напряжениях. Устройство содержит нагружающий элемент 1, последовательно соединенные индукционный преобразователь 3 для регистрации скачков Баркгаузена, усилитель 4, детектор 5, запоминающий дифференциатор 9, функциональньм пре-. образователь 8 и двухканальный аналоговый коммутатор 6, к выходу которого подключен индикатор 7. Функциональный преобразователь 8 выполнен в виде дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к источнику постоянного опорного напряжения, а инвертирующий вход является входом функционального преобразователя о При воздействии на изделие механической силы элемента 1 коммутатор 6 подключает к индикатору 7 или детектор 5, или преобразователь 8, алгоритм работы которого позволяет компенсировать неоднозначный хар актер зависимости ЭДС скачков Баркгаузена от внутренних напряжений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ю

«lO.

. Pue.f

; Изобретение относится к контроль- Hd-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля напряжений в поверкностных сЛоях при их упрочнении деформирова- rakeM.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет устранения неоднозначности показаний индикатора устройства при больших остаточных напряжениях.

На фиг.1 показана блок-схема уст ройства; на фиг.2 - зависимость нап- рлжения и, скачков Баркгаузена от н1пряжений б.

Устройство содержит нагружающий элемент 1 , оказываюш й механическое вЬздействие на контролируемое изде- 2j последовательно соединенные и|ндукционный преобразователь 3 для р|егистраиди скачков Баркгаузена, у силитель 4, детектор 5, аналоговьй Коммутатор 6, индикатор 7j функциональный преобразователь 8, включенный между выходом детектора 5 и вторым входом коммутатора 6, и запоминающий дифференциатор 9, включенный между выходом детектора 5 и управляющим входом коммутатора 6 о Вход нагружающего элемента 1 и второй вход дифференциатора объединены и являются входом запуска работы устройства

Функциональный преобразователь 8 может быть выполнен в виде дифференциального усилителя, неинвертирую- |ций вход которого подключен к источ- :Нику постоянного ОПОРНОГО напряже-

кия (фиг о 1

Uo)

а инвертирующий

вход является входом функционального преобразователя„

На фиг„1 обозначены также усилие Р, создаваемое элементом 1, перемаг- ничивающее поле H(t) и некоторые распределения полей рассеяния СББ(х,у,

2,t).

Принцип работы устройства поясняется фиг о 2, где показана исходная зависимость выходного сигнала детектора и от уровня остаточных напряжений G (кривая АБС) , непо средствен- но отражаюшдх степень поверхностного упрочнения, а также аналогичная зависимость показаний индикатора в предлагаемом устройстве ) (кривая ABD) о

Скачки Баркгаузена в контролируемом изделии 2 возбуждаются переменным магнитным полем H(t), которое

создается перемагничивающей обмоткой (не показана) преобразователя 3. Б зоне измерительной обмотки преобра- зователя 3 возникают поля рассеяния, описываемые некоторой функцией пространственных координат и времени Б(x,y,z,t), С выхода преобразователя 3 снимается ЭДС, которая усиливается

0 усилителем 4 и детектируется детектором 5, Существенно, что при больших пластических деформациях зависимость выходного сигнала детектора 5 Цд/а ) неоднозначна(фиг.2, кривая

5 ABC). Это резко снижает достоверность контроля, так как одному и тому же показанию индикатора 7 могут соответствовать различные уровни остаточных напряжений Неоднозначность пока

0 заний индикатора устраняется следующим образом Контролируемое изделие 2 с помощью элемента 1 нагружается усилием Р. Вследствие этого к остаточным напряжениям добавляется при5 ложенная составляющая напряжений. При этом в зависимости от способа нагружения и конкретного расположения контролируемого участка на поверхности изделия приложенное нап0 ряжение может либо су 1мироваться, либо вычитаться из остаточного. Нетрудно заметить, что выходной сигнал детектора Цд (фиг о 2) будет либо возрастать, либо уменьшаться о Это зависит от величины остаточных напряжений Если при (j (5 сигнал U. возрастает, то при G (5(з он будет, уменьшаться, и наобороТо Предположим, что при нагружении контролируемого изде-

Q ЛИЯ приложенное напряжение йб суммируется с остаточными напряжениями и сигнал БД на интервале 0.„.,.G j, будет уменьшаться, а при G (5, он будет возрастать. Очевидно по знаку

с приращения сигнала U. можно определить, какому из двух возможных значений (J соответствует данное значение сигнала U.. Наиболее просто можно установить знак приращения U. путем диф4зеренцирования его по времени ;з момент приложения усилия Р к кон- тролируемому изделиюо Эту функцию в устройстве выполняет запоминающий дифференциатор 9 о Кроме дифференцирования запоминающий дифференциатор 9 запоминает также знак приращения входного сигнала, а точнее поляри ность продифференцированного сигнала Знак приращения сигнала Ui

5

5

индицируется в виде логических уровней О или Указанный принцип определения знака приращения влечет за собой необходимость жесткой синхронизации работы нагружающего элемента 1 и дифференциатора 9 Это достигается соединением входов силозадаю- щего элемента 1 и дифференциатора 9, образующих вход запуска работы устройства После определения знака приращения сигнала U при нагружении контролируемого изделия 2 остается произвести следующую операцию. При G GQ достаточно просто подключить индикатор 7 к детектору 5. При( необходимо преобразовать сигнал Ui определенньи образом, а именно из условия однозначности зависимости показаний индикатора от остаточных напряжений G о С целью упрощения аппроксимируем зависимость U. (б ) двумя отрезками прямых (фиго2, ломаная линия ABC), Идеальная зависимость показаний индикатора Uy,(C) показана пунктиром (фиго2, линия ABD). Таким образом, при G GQ необхЪдимо включать между детектором 5 и индикатором 7 функциональный преобразователь 8, который осуществлял бы преобразование характеристики ВС и характеристику BD.

Алгоритм функционирования преобразователя сигнала U можно пояснить следующим образом. Запишем в общем виде уравнения прямых ВС и AD

идп - K,(J f b,;

U6c K,G + b,.

где К,, Kj, b,, b - некоторые nocт оянныео

После простых преобразований получим

т, - К. КдЬ,,Ьг k-D к вc к,

или, в более общем виде, запишем алгоритм преобразования

UAE - KoUbc+ b.

Видно, что сущность функционального преобразования сигнала U. при б 0(5 сводится к инвертированию с некоторым коэффициентом К и суммированию с постоянным напряжением, численно равным параметру Ь. Наи29006

более просто это решается путем использования в качестве функционального преобразователя дифференциаль- , ного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен-к источнику постоянного опорного напряжения, а инвертирующий вход является входом функционального преобразователя

0 (фиГоОо

Необходимость введения двухка- нального аналогового коммутатора 6 очевидна, поскольку устройство должно работать в двух режимах На уп15 равляющий вход коммутатора 6 поступает выходной сигнал с запоминающего дифференциатора 9 Структура коммутатора 6 такова, что, когда один канал его открыт, другой закрыто

2Q Предположим, что случаю, когда G CQ J соответствует уровень О на выходе дифференциатора 9. При. этом открывается второй канал коммутатора 6, а первый канал закрывается,

25 Выходное напряжение детектора 5 без изменения поступает на индикатор 7 и непосредственно отражает величину

остаточных напряжений. Пусть при

)

контроле очередного изделия на выхо30 де дифференциатора 9 появился уровень 1, что соответствует G G « В этом случае открывается первый канал коммутатора 6, а второй канал закрывается. Поскольку первый сиг-:.

35 нальный вход коммутатора 6 соединен с выходом функционального преобразо- вателя 8, а вход последнего. - с выходом детектрра 5, то выходной .сигнал детектора будет подвергаться

40 коррекции в соответствии с алгоритмом определения tj ; , Следовательно, неоднозначность показаний индикатора будет устранена, а достоверность контроля повысится о

45

Формула изобретения

с повышения достоверности контроля, оно снабжено аналоговым коммутатором, включенным между выходами детектора и входами индикатора, функциональным преобразователем, включенным между

5

выходом детектора и вторым входом аналогового коммутатора, запоминающим дифференциатором, включенным мду выходом детектора и управляющим н|ходом коммутатора, и нагружающим Элементом, вход которого объединен 4 вторым входом запоминающего дифференциатора и является входом за- litycKa работы устройства,

I т

I/}

Д

о 9иг.2

: 6