Устройство автоматического контроля качества движущегося проката Советский патент 1992 года по МПК G01N27/72 B21B37/00 

Изобретение относится к средствам контроля качества материалов электромагнитными методами и может быть использовано для дефектоскопии движущихся материалов, например, на агрегатах отделочного производства.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля показателей качества движущегося проката за счет уменьшения погрешности измерения градиента напряженности поля остаточной намагниченности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство автоматического контроля качества движущегося проката, содержащее блок катушек из двух намагничивающих катушек, двух феррозондов, генератора импульсов, генератора пилообразного напряжения и электропривода блока катушек, блок аналоговой обработки сигналов на два параллельных канала из последовательно соединенных между собой масштаб- ного усилителя, фазовращателя, синхронного детектора, фильтра низкой частоты и пикового детектора соответственно в каждом, и содержащий также сумматор и усилитель мощности, примем, выход генератора импульсов соединен с намагничивающими катушками, выход генератора пилообразного напряжения соединен с феррозондами, выход первого и выход второго феррозонда являются первым и вторым выходами блока катушек, соединенными соответственно с первым и вторым входом блока аналоговой обработки сигналов, являющимися первыми входами соответственно первого и второго его масштабного усилителя, выход первого и выход второго пикового детектора соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход усилителя мощности является выходом блока аналоговой обработки сигналов, дополнительно содержит измеритель толщины, датчик импульсов ролика и датчик импульсов вращения барабана разматывателя, а также блок цифровой обработки сигналов, состоящий из модуля гальванической развязки, модуля нормализации и фильтрации, модуля ввода число-импульсных сигналов, коммутатора,аналого-цифрового преобразователя, процессора, запоминающего блока, цифроаналогового преобразователя, модуля вывода дискретной информации, блока сигнализации, блока регистрации и блока ключей, причем, выход блока аналоговой обработки сигналов, выход измерителя толщины, датчика импульсов ролика и датчика импульсов вращения

барабана разматывателя соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока цифровой обработки сигналов, являющимися соответственно первым, вторым входами модуля нормализации и фильтрации, первым и вторым входами модуля гальванической развязки, первый и второй выходы модуля гальванической развязки соединены соответственно с первым и вторым входами модуля ввода число-импульсных сигналов, первый и второй выходы модуля нормализации и фильтрации соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора,

выход которого через первый вход аналого- цифрового преобразователя соединен с первым входом процессора, второй.третий и группа четвертых входов процессора соединены соответственно с первым и вторым

выходами модуля ввода число-импульсных сигналов и группой выходов блока запоминания, три выхода процессора в последовательности с первого по третий соединены соответственно с третьим входом коммутатора, вторым входом аналого-цифрового преобразователя и третьим входом модуля ввода число-импульсных сигналов, четвертые входы которого соединены с четвертыми выходами процессора, выходы

процессор в последовательности с пятого по седьмой соединены соответственно с входом цифроаналогового преобразователя, первым и вторым входами модуля вывода дискретной информации, группа

восьмых и девятый выходы процессора соединены соответственно с группой входов запоминающего блока и третьим входом модуля вывода дискретной информации, четвертый вход которого соединен с десятым

выходом процессора, первый, группа вторых и третий выходы модуля вывода дискретной информации соединены соответственно с первым, группой вторых входов блока ключей и с входом блока сигнализации, группа четвертых выходов модуля вывода дискретной информации соединена с группой входов блока регистрации, выход цифроаналогового преобразователя, первый и второй выходы блока ключей

являются выходами в последовательности с первого по третий блока цифровой обработки сигналов, соединенными соответственно с первым и вторым входами блока катушек, являющимися соответственно входом генератора импульсов и входом электропривода блока катушек, а также с третьим входом блока аналоговой обработки сигналов, яв- лющегося вторым входом каждого из его масштабных усилителей.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок 1 катушек из электропривода 2, управляющего блоком головок, состоящим из двух намагничиваю- щих катушек 3 и 4 и двух феррозондов 5 и 6, генератора 7 импульсов и генератора 8 пилообразного напряжения, блок 9 аналоговой обработки сигналов из двух параллельных )аналов, состоящих из после- довательно соединенных между собой мас- штабных усилителей 10 и 11, фазовращателей 12 и 13, синхронных детекторов 14 и 15, фильтров 16 и 17 низкой частоты и пиковых детекторов 18 и 19 соот- ветственно в каждом и содержащий также сумматор 20 и усилитель 21 мощности. Кроме этого устройство содержит измеритель 22 толщины, датчик 23 импульсов ролика, датчик 24 импульсов вращения барабана разматывателя и блок 25 цифровой обработки сигналов, состоящего из модуля 26 гальванической развязки, модуля 27 нормализации и фильтрации, модуля 28 ввода число-импульсных сигналов, коммутато- ра 29, аналого-цифрового преобразователя 30, процессора 31. запоминающего блока 32, цифроаналогового преобразователя 33, модуля 34 вывода дискретной информации, блока 35 сигнализации, блока 36 регистра- ции и блока 37 ключей

Выход генератора 7 импульсов соединен с намагничивающими катушками 3 и 4, выход генератора 8 пилообразного напряжения соединен с феррозондами 5 и 6, вы- ход первого и выход второго феррозонда 5 и 6 являются первым и вторым выходами блока 1 катушек, соединенными соответственно с первым и вторым входами блока 9 аналоговой обработки сигналов, являющи- мися первыми входами соответственно первого и второго его масшабных усилителей 10и 11.

Выход первого и выход второго пиковых детекторов 18 и 19 соединены соответст- венно с первым и вторым входами сумматора 20, выход которого соединен с входом усилителя 21 мощности, выход усилителя 21 мощности является выходом блока 9 аналоговой обработки сигналов Выход блока 9, выходы измерителя 22 толщины, датчика 23 импульсов ролика и датчика 24 импульсов вращения барабана разматывзтеля соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 25 циф- ровой обработки сигналов, являющимися соответственно первым, вторым входами модуля 27 нормализации и фильтрации, первым и вторым входами модуля 26 гальванической развязки Первый и второй выходы модуля 26 гальванической развязки соединены соответственно с первым и вторым входами модуля 28 число-импульсных сигналов. Первый и второй выходы модуля 27 нормализации и фильтрации соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора 29, выход которого через первый вход аналого-цифрового преобразователя 30 соединен с первым входом процессора 31. Второй, третий и группа четвертых входов процессора 31 соединены соответственно с первым и вторым выходами модуля 28 ввода число-импульсных сигналов и группой выходов блока 32 запоминания. Три выхода процессора 31 в последовательности с первого по третий соединены соответственно с третьим входом коммутатора 29, вторым входом аналого- цифрового преобразователя 30 и третьим входом модуля 28 ввода число-импульсных сигналов, четвертые входы которого соединены с четвертыми выходами процессора 31. Выходы процессора 31 в последовательности с пятого по седьмой соединены соответственно с входом цифроаналогового преобразователя 33, первым и вторым входами модуля 34 вывода дискретной информации. Группа восьмых и девятый выходы процессора 31 соединены соответственно с группой входов запоминающего блока 32 и третьим входом модуля 34 вывода дискретной информации, четвертый вход которого соединен с десятым выходом процессора 31. Первый, группа вторых и третий выходы модуля 34 вывода дискретной информации соединены соответственно с первым, группой вторых входов блока 37 ключей и с входом блока 35 сигнализации. Группа четвертых выходов модуля 34 вывода дискретной информации соединена с группой входов блока 36 регистрации.

Выход цифроаналогового преобразователя 33, первый и второй выходы блока 37 ключей являются выходами в последовательности с первого по третий блоки 25 цифровой обработки сигналов, соединенными соответственно с первым и вторым входами блока 1 катушек, являющимися соответственно входом генератора 7 импульсов и входом электропривода 2 блока 1 катушек, а также с третьим входом блока 9 аналоговой обработки сигналов, являющихся вторыми входами каждого из его масштабных усилителей 10 и 11.

Устройство работает следующим образом

Намагничивающие катушки 3 и 4 блока 1 катушек с помощью генератора 7 импульсов производят намагничивание проката, движущегося со скоростью не более 5 м/с,

импульсными полями, направленными навстречу друг другу.

Частота импульсов намагничивания устанавливается предварительно автоматически с помощью цепи обработки сигналов, начиная от датчика 23 импульсов ролика полосы и датчика 24 импульсов вращения барабана разматывателя, следующим образом. С началом движения полосы начинается расчет текущей длины изм. и скорости /изм. полосы по соотношениям:

,

1ИЗМ.- (МиЗМ. .()

JTD АМизм.,0ч

УИЗМ.fp-jy (2}

где D - диаметр измерительного ролика;

п - число импульсов на один оборот измерительного ролика;

Мизм. - число импульсов, измеренное с начала движения полосы;

А Мизм. - число импульсов, измеренное за конечное время наблюдения А Т.

Расчет текущих значений длины и скорости по соотношениям (1) и (2) производится с помощью цепи модулей 26 и 28 и процессора 31.

При этом, модуль 26 преобразует входные импульсы в требуемое напряжение (соответствие напряжению, воспринимаемому схемой) и пропускает уже импульсы, подстроенные под возможности данной схемы напряжения для подсчета их модулем 28 ввода число-импульсных сигналов. Результирующее значение подсчитанных импульсов Мизм. поступает по второму входу в процессор 31 для вычисления длины изм. и скорости Уизм. полосы по соотношениям (1) и (2) за время наблюдения А Т.

(Время контролируется процессором 31 с помощью внутреннего таймера (нет на схеме) и соответствует оптимальному для получения наиболее достоверного значения скорости полосы).

Код величины /изм. с помощью цифроа- налогового преобразователя 33 преобразуется в напряжение Uv, которое поступает с первого выхода блока 25 на генератор 7 импульсов, где, в свою очередь, преобразуется в частоту fViMn. следования импульсов, соответствующую текущему значению /изм. Преобразование осуществляется в генераторе 7 импульсов по соотношению:

f.

имп

К Uv,

(3)

где К - переводной коэффициент усиления - величина постоянная для данной схемы.

Считывание градиентов нормальных составляющих напряженности поля остаточной намагниченности (grad H) осуществляется с помощью феррозондов 5 и 6, подключаемых к возбуждающему генератору 8 пилообразного напряжения.

Намагничивание и считывание произво0 дится парами, т.е. верхними катушкой 3 и феррозондом 5 и нижними катушкой 4 и феррозондом 6, что позволяет производить отстройку от вибрационных колебаний движущегося проката. Сигналы, снимаемые с

5 феррозондов 5 и 6, обрабатываются по двум параллельным каналам блока 9, обеспечивающим необходимое усиление с помощью масштабных усилителей 10 и 11.

Фазовращатели 12 и 13 устанавливают

0 необходимую фазу второй гармоники для получения необходимой чувствительности и избирательности синхронных детекторов 14 и 15, которые детектируют сигнал второй гармоники. Фильтры 16 и 17 низкой частоты

5 сглаживают пульсации продетектированно- го сигнала. Сигналы, продетектированные с помощью пиковых детекторов 18 и 19, суммируются в сумматоре 20 с последующим усилением по мощности в усилителе 21.

0 Чувствительность масштабных усилителей 10 и 11 устанавливается (изменяется) автоматически соответственно их коэффициентам усиления, изменяющимся в зависимости от толщины полосы и марки стали.

5

Информация о марке стали, толщине

. полосы, градиентах напряженности поля

остаточной намагниченности (grad Hi) как

исходных, так и изменяющихся в процессе

0 движения полосы по агрегату и соответствующих конкретным коэффициентом Kj усиления масштабных усилителей 10 и 11, а, следовательно, и об основных характеристиках механических свойств металла (пре5 дел текучести GT, временное сопротивление разрыву GB, относительное удлинение д и твердость HRB), соответствующих для данной марки стали показателям grad HI для конкретных значений коэффициентов Kj

0 усиления, а, следовательно, и толщины полосы hi, вводится в запоминающий блок 32. При этом, исходные данные для конкретной марки стали о толщине полосы hi, градиентах grad Hi напряженности, соответствую5 щих коэффициентам Kj, механических показателях (Ст. GB.Ј. HRB), соответствующих grad HI, вводятся в запоминающий блок 32 заранее (например, с пульта оператора, не показанного на схеме), а текущие показатели перечисленных данных вводятся в блок

32 по выходам из группы восьмых выходов процессора 31.

Базу данных блока 32 можно пояснить на примере значений предела текучести, записанных в виде массива данных, каждый элемент которого означает конкретное значение предела текучести для данной марки М металла толщиной hi( ,..m, где m - число диапазонов толщин с заданной дискретностью, например, ,01 мм), соответствующее значению grad Hi, указанного в таблице для каждого значения чувствительности масштабного усилителя Kj (...n, где п - число диапазонов чувствительности, соответствующей коэффициенту усиления масштабных усилителей 10 и 11).

Изменение коэффициентов усиления масштабных усилителей 10 и 11 происходит в соответствии с показателями толщины полосы, измеренной измерителем 22 и поступающей на второй вход модуля 27 нормализации и фильтрации, где после приведения их к стандартной форме попадают на его второй выход и после обработки в преобразователе 30 (нулевой сигнал на третьем входе коммутатора 29 соответствует связи второго выхода модуля 27 с преобразователем 30) поступают по первому входу в процессор 31, осуществляющий операцию усреднения измеренных значений толщины по соотношению:

1 -

m v

Жг2/(гТд),

(4)

где п(гТд) - результат r-го наблюдения толщины полосы в момент времени Тд;

т- количество дискретных участков по длине полосы;

Тд - интервал дискретизации кривой измерения толщины полосы, определяемый из условия теоремы Котельникова:

Тя

1

А

(5)

где fMaKc - максимальная частота колебаний толщины полосы.

Для данной марки стали и номинального значения толщины полосы величины Тд рассчитывается предварительно, хранится в запоминающем блоке 32 и используется для вычисления среднего значения h толщины полосы по соотношению (4). После идентификации значения he одним изтабличных значений hi процессор 31 вырабатывает сигнал, поступающий с его шестого выхода на первый вход модуля 34 вывода дискретной информации, а, следовательно и на первый

вход блока 37 ключей, замыкающего свои первый вход и второй выход (третий выход блока 25) для передачи сигнала модуля 34 на вторые входы масшабных усилителей 10 и 11, устанавливая требуемый коэффициент усиления Kj, т.е. чувствительность масштабных усилителей 10 и 11. По настроенным коэффициентам Kj срабатывают параллельные каналы блоков 10-18 и 11-19, а на выхо0 де усилителя 21 мощности, а, следовательно, и блока 9 появляются соответствующие Kj текущие значения градиента grad Hi, поступающие в процессор 31 по первым входам канала блоков 27.29,30,31

5 (коммутатор 29 находится в режиме связи его выхода с первым входом при изменении нулевого сигнала на третьем его входе).

В процессоре 31 поступившие и соответствующие установленному К текущие

0 значения grad HI идентифицируются с табличными исходными показателями grad Hi для данной марки и толщины полосы из базы данных блока 32, поступившей в процессор 31 по четвертым входам из их группы.

5 После идентификации поступивших в процессор 31 исходных и текущих значений grad HI, процессор 31 определяет, превысило ли отклонение между ними пороговое значение.

0 В случае превышения порогового значения сигнал с десятого выхода процессора 31 через четвертый вход модуля 34 поступает на третий его выход и воспринимается блоком 35, сигнализирующим, например, опе5 ратору о создавшейся ситуации.

После идентификации текущих и исходных значений grad Hi для данной марки стали и толщины полосы, процессор 31 производит выбор текущих данных механи0 ческих характеристик полосы GT, GB, б , HRB) для соответствующего коэффициенту Kj значения (текущего) grad Hi, определяет отклонение между текущими и исходными значениями механических характеристик

5 полосы, проводит проверку на соответствие полученных отклонений их пороговым значениям, определяет длину дефектного участка с координатами его начала и конца и направляет всю перечисленную информа0 цию по девятым своим выходам из их группы на третьи входы из их группы модуля 34, воспринимаемую затем блоком 36 регистрации (индикации) с четвертых выходов модуля 34 и используемую затем, например,

5 оператором для визуальной оценки индицируемых данных и возможного составления им сопроводительной документации для данной полосы.

По началу блоков 26, 28, 31 (вторые их выходы) происходит отсчет импульсов датчика 23 на каждом обороте разматывателя, фиксируемом контактным датчиком 24, импульс которого по прошествии очередного оборота разматывателя поступает по вторым входам блоков 26, 28 на третий вход процессора 31, отсчитывающего импульсы датчика 23 на каждый оборот разматывателя (каждый импульс датчика 24) и по числу импульсов датчика 24 на определенное число оборотов разматывателя, определяющего требуемый остаток длины полось) на барабане разматывателя. По достижению требуемого остатка процессор 31 по седьмому его выходу через второй вход 34 вывода дискретной информации выдает сигнал на второй вход блока 37 ключей, поступающий затем с первого его выхода (второй выход блока 25) на электропривод 2 блока 1 катушек (пары 3, 4, 5, 6), выводя последний из зоны намагничивания полосы.

Блок 37 ключей (логические схемы И) запитывактгся от внешнего источника питания.

Ввод базы данных в блок 32 происходит, например, с пульта оператора, не показанного из схеме.

После определения требуемого остатка длины полосы на разматывателе с третьего выхода процессора 31 поступает сигнал сброса на третий вход модуля 28, очищающий его счетчики, опрос которых производится по четвертым входам модуля 28 с четвертых выходов процессора 31.

Сигнал второго выхода процессора 31 очищает аналого-цифровой преобразователь 30, а сигнал с первого выхода процессора 31 переключает режим работы коммутатора 29 после окончания расчета по толщине, подготавливая блоки 27,29,30 для восприятия информации о градиенте grad Hi остаточной намагниченности полосы.

Формула изобретения

Устройство автоматического контроля качества движущегося проката, содержащее блок катушек из двух намагничивающих катушек, двух феррозондов, генератора импульсов, генератора пилообразного напряжения и электропривода блока катушек, блок аналоговой обработки сигналов на два параллельных канала из последовательно соединенных между собой масштабного усилителя, фазовращателя, синхронного детектора, фильтра низкой частоты и пикового детектора соответственно в каждом, и содержащий также сумматор и усилитель мощности, причем выход генератора импульсов соединен с намагничивающими ка- гушками, выход генератора пилообразного напряжения соединен с феррозондами , выход первого и выход второго феррозондов

являются первым и вторым выходами блока катушек, соединенными соответственно с первым и вторым входами блока аналоговой обработки сигналов, являющимися первыми входами соответственно первого и второго его масштабных усилителей, выход первого и выход второго пиковых детекторов соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого

0 соединен с входом усилителя мощности, выход усилителя мощности является выходом блока аналоговой обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля показателей каче5 ства движущегося проката за счет уменьшения погрешности измерения градиента напряженности поля остаточной намагниченности, оно снабжено измерителем толщины, датчиком импульсов ролика и

0 датчиком импульсов вращения барабана разматывателя, блоком цифровой обработки сигналов, состоящим из модуля гальванической развязки, модуля нормализации и фильтрации, модуля ввода числоимпульс5 ных сигналов, коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, процессора, запоминающего блока, цифроаналогового преобразователя, модуля вывода дискретной информации, блока сигнализации, бло0 ка регистрации и блока ключей, причем выход блока аналоговой обработки сигналов, выход измерителя толщины, датчика импульсов ролика и датчика импульсов вращения барабана разматывателя соединены

5 соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока цифровой обработки сигналов, являющимися соответственно первым и вторым входами модуля нормализации и фильтрации, первым и вто0 рым входами модуля гальванической развязки, первый и второй выходы модуля гальванической развязки соединены соответственно с первым и вторым входами модуля ввода число-импульсных сигналов,

5 первый и второй выходы модуля нормализации и фильтрации соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора, выход которого через первый вход аналого- цифрового преобразователя соединен с

0 первым входом процессора, второй, третий и группа четвертых входов процессора соединены соответственно с первым и вторым выходами модуля ввода число-импульсных сигналов и группой выходов блока запоми5 нания, три выхода процессора в последова- тельности с первого по третий соединены соответственно с третьим входом коммутатора, вторым входом аналого-цифрового преобразователя и третьим входом модуля ввода число-импульсных сигналов, четвертые входы которого соединены с четвертыми выходами процессора, выходы процессора в последовательности с пятого по седьмой соединены соответственно с входом цифроаналогового преобразователя, первым и вторым входами модуля вывода дискретной информации, группа восьмых и девятый выход процессора соединены соответственно с группой входов запоминающего блока и третьим входом модуля вывода дискретной информации, четвертый вход которого соединен с десятым выходом процессора, первый, группа вторых и третий выходы модуля вывода дискретной информации соединены соответственно с первым, группой вторых входов блока ключей и с

0

входом блока сигнализации, группа четвертых выходов модуля вывода дискретной информации соединена с группой входов блока регистрации, выход цифроаналогового преобразователя, первый и второй выходы блока ключей являются выходами в последовательности с первого по третий блоки цифровой обработки сигналов, соединенными соответственно с первым и вторым входами блока катушек, являющимися соответственно входом генератора импульсов и входом электропривода блока катушек, а также с третьим входом блока аналоговой обработки сигналов, являющегося вторым входом каждого из его масштабных усилителей.

Использование: контроль качества материалов электромагнитными методами, де- фектоскопия движущихся материалов, агрегаты отделочного производства. Сущность изобретения: устройство содержит два модуля 26,28, процессор 31, два датчика 23.24 импульсов, генератор 8, два феррозонда 5,6, блок 9, состоящий из двух усилителей 10,11, двух фазовращателей 12,13, двух детекторов 14,15, двух фильтров 16,17 и двух детекторов 18,19, сумматор 20, усилитель 21, усредненный модуль 27, коммутатор 29, преобразователь 30, измеритель 22 толщины. 8-6-11-13-15-17-19-20-21-27-29- 30-31-33-7-4, 5-10-12-14-16-18-20, 8-5. 7-3, 23-26-28-31,31-78,24-26.31-29.31-30,31-34- 37-2. 34-35, 34-36, 31-32. 1 ил. (Л С i Разгати&жет vi ел СА СО ю со