Устройство для вихретокового контроля поверхностных слоев металлических изделий Советский патент 1993 года по МПК G01N27/90 

|с/

С

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий и может быть использовано для контроля поверхностных слоев металлических изделий. Цель изобретения - повышение производительности контроля за счет включения в вихретоковое устройство интерфейса, оптимизирующего работу этого устройства. Последнее содержит автогенератор с вихрэтоковым преобразователем и блок обработки сигналов с ЭВМ. Посредством последней устанавливают оптимальный режим автогенерации, соответствующий максимальной чувствительности к электрофизическим свойствам поверхностных слоев металлических изделий. 1 з, п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано в машиностроении для дефектоскопии поверхностных слоев электропроводящих объектов.

Известно устройство вихретокового контроля, которое содержит вихретоковый преобразователь (ВТП), последовательно соединенные управляемый автогенератор, в колебательный контур которого включен

T, амплитудный детектор, пороговый

ij

ВТЛ.1

блок и индикатор, последовательно соединенные счетчик импульсов и цифроаналого- вый преобразователь, подключенный выходом к управляющему входу автогенератора,

и генератор импульсов 1.

I/ звестно также устройство, которое содержат ВТП, последовательно соединенные упрапляемый автогенератор, в колебательный контур которого включен ВТП, амг.ли- тудный детектор, пороговый блок и индикатор, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов и первый цифроаналоговый преобразователь, подключенный выходом ко второму входу автогенератора 2.

Недостатком известных устройств является низкая производительность контроля. Один из параметров автогенератора (напряжение питания или управляющее напряжение) при смене ВТП и изменении контролируемых изделий необходимо определять на этапе предварительных исследований другими способами и средствами. Кроме того, большие затраты времени уходят на ручную установку этого напряжения в процессе настройки устройства.

1 ю со

CJ

о

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для вихретокового контроля поверхностных слоев металлических изделий, которое содержит последовательно соединенные первый регистр, первый цифроаналоговый преобразователь, управляемый автогенератор, амплитудный детектор, пороговый блок и индикатор и вихретоковый преобразователь, включенный в колебательный контур управляемого автогенератора, электронно- вычислительную машину (ЭВМ) с магистралью, второй цифрозналоговый преобразователь, выход которого подключен ко второму входу управляемого автогенератора, а вход соединен с выходом первого регистра, вход которого подключен к магистрали, последовательно соединенные второй регистр и третий цифроаналоговый преобразователь, включенные между магистралью и вторым входом порогового блока, аналого-цифровой преобразователь, включенный между магистралью и выход ом амплитудного детектора, и блок управления, подключенный к магистрали 3J.

Устройство работает следующим образом.

При первоначальном размещении на бездефектном изделии ЭВМ выдает последовательные коды, которые преобразуются цифроаналоговым преобразователем соответственно в напряжение питания управляемого автогенератора и управляющее напряжение. Эти напряжения принимают соответственно пит значений, поэтому на выходе амплитудного детектора последовательно появляются nxm значений выходного напряжения, которые преобразуются аналого-цифровым преобразователем в код и записываются в виде матрицы Uij°. Затем при размещении ВТП на изделии с заданным дефектом аналогично происходит определение матрицы напряжений Uij9 и запись в память ЭВМ. В ЭВМ вычисляется разность 5ij Uij9 - Uij°, выбираются из полученной разностной матрицы те значения, для которых Uij°. 0, выбирается из оставшихся значений максимальное и соответствующие ему коды значений напряжения питания и управляющего напряжения ЭВМ выдает на входы цифроаналоговых преобразователей. При установке ВТП на контролируемое из питания и управляющего напряжения ЭВМ выдает на входы цифроаналоговых преобразователей. При установке ВТП на контролируемое изделие выходной сигнал детектора изменяется, что фиксируется индикатором.

Однако известному устройству присуща низкая производительность контроля. ЭВМ дважды перебирает все nxm комбинаций напряжения питания и управляющего напряжения - при установке ВТП на бездефектное изделие и на изделие с заданным дефектом, регистрирует две nxm-мерные матрицы значений выходного напряжения, вычисляет nxm-мерную матрицу приращекий и выбирает из ее nxm элементов максимальный элемент. В известном устройстве на количество задаваемых комбинаций напряжения питания накладывают ограничениявремя преобразования

5 аналого-цифрового преобразователя, быстродействие ЭВМ и точность получаемой информации. Совместно эти факты могут значительно увеличить время контроля. Кроме того, для обработки больших масси0 BOB данных потребуется большой объем ис- . пользуемой памяти ЭВМ, в т. ч. внешних запоминающих устройств, что приведет к неэкономичному использованию оборудования.

5Цель изобретения - повышение производительности контроля и экономичности использования оборудования за счет сокращения количества комбинаций напряжения питания и управляющего напряжения и вы0 числений, а также за счет уменьшения объема хранимой информации.

Применение заявляемого устройства позволит повысить производительность контроля за счет, сокращения количества

5 комбинаций напряжения питания и управляющего напряжения и вычислений. На втором этапе работы перебираются не все nxm комбинаций, a n xm (где п п) комбинаций напряжения питания и управляющего на0 пряжения, а также после второго этапа анализируются не все nxm выходных значений автогенератора, а п(где п п ) значений управляющего напряжений. Кроме того, применение устройства позволит повысить

5 экономичность использования оборудования за счет уменьшения объема запоминаемой информации. В некоторых случаях это позволит, не ухудшая точности, использо- вать внутреннюю память ЭВМ, не прибегая

0 к внешним запоминающим устройствам.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для вихретокового контроля поверхностных слоев металлических изделий, содержащее последовательно соединенные

5 первый регистр, первый цифроаналоговый преобразователь, управляемый автогенератор, амплитудный детектор и пороговый блок, последовательно соединенные второй регистр и второй цифроаналоговый преобразователь, подключенный выходом ко второму входу управляемого автогенератора, в колебательный контур которого включен вихретоковый преобразователь, электрон- nd-вычислительную машину с магистралью и индикатор, снабжено интерфейсом, вклю- между выходом порогового блока и мг гистралью электронно-вычислительной мг шины, первый выход интерфейса соеди- нен с объединенными первыми входами первого и второго регистров, вторые входы которых подключены соответственно ко второму и третьему выходам интерфейса, а ин дикатор подключен к выходу амплитудного детектора. Пороговый блок выполнен в последовательно соединенных первого компаратора, первого формирователя импульсов и триггера, выход которого являете выходом порогового блока, последова- тепьно соединенных второго компаратора и второго формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входутриг- геэа, входом порогового блока являются объединенные первые входы первого и вторе го компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму пороговым напряжениям.

Заявляемая совокупность существенных признаков в виде нового блока и новых связей между известными элементами и новь м блоком создает положительный эффект

- позволяет сократить количество комбина- ц1/й напряжения питания и управляющего напряжения, а также вычислений и, следовательно, количество обращений к памяти ЭВМ и уменьшить необходимый рабочий объем памяти.

| На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная зависимость выходного напряжения амплитудного детектора Л 1)ад f(Uynp) при Улит const.

Устройство содержит последовательно соединенные первый 1 регистр, первый

ци фроаналоговый преобразователь(ЦАП) 2, управляемый автогенератор 3, амплитудный детектор А и пороговый блок 5, последе вательно соединенные второй 6 регистр и зторой ЦАП 7, подключенный выходом ко второму входу управляемого автогенератора 3, в колебательный контур которого включен ВТП 8, электронно-вычислитель- ну ю машину 9 с магистралью 10, индикатор 11, подключенный к выходу амплитудного детектора 4, интерфейс 12, включенный между выходом порогового блока 5 и магистралью 10 ЭВМ, Первый выход интерфейса 12 соединен с объединенными первыми входами первого 1 и второго б регистров, вторые входы которых подключены соответственно ко второму и третьему входам интерфейса 12.

Пороговый блок 5 содержит последовательно соединенные первый 13 компаратор,

первый 14 формирователь импульсов, триггер 15, выход которого является выходом порогового блока 5, последовательно соединенные второй 16 компаратор и второй 17 формирователь импульсов, выход которого

0 подключен ко второму входу триггера 15. Входом порогового блока 5 являются объединенные первые входы 13 первого и второго 16 компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к первому 18 и

5 второму 19 пороговым напряжениям.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии регистры 1 и б и триггер 15 сброшены импульсом начального

0 сброса от включения питания (на рис. 1 не показано). Отсутствует напряжение питания и управляющее напряжение автогенератора 3, и, следовательно, отсутствует генерация, о чем сигнализирует уровень ло5 гического О на выходе триггера 15. ЭВМ 9 выдает командные слова программируемому параллельному интерфейсу 12 по магистрали 10. Командное слово ЭВМ 9 содержит указание интерфейсу 12 на ввод или вывод,

0 цифровой код для записи в регистры 1 и б и управляющие сигналы записи в регистры 1 и 6.

Первоначально ВТП 8 размещают на бездефектном изделии (на фиг. 1 не показа5 но). ЭВМ 9 выдает командное слово, разрешающее работу интерфейса 12 в режиме ввода, а также содержащее цифровой код напряжения питания Urmr.i и управляющий сигнал записи в регистр 1. Записанный в

0 регистре 1 код преобразуется ЦАП 2 в напряжение питания, поступающее на вход управляемого автогенератора 3. ЭВМ 9 выдает командное слово, разрешающее работу интерфейса 12 в режиме вывода и в ЭВМ

5 поступает сигнал с выхода триггера 15(Uis). Если выходное напряжение амплитудного детектора 4 (иад) больше значения порогового напряжения UIB, то срабатывает компаратор 13 и формирователь 14 формирует импульс, устанавливающий триггер 15 в единичное состояние. В случае Ihg срабатывает компаратор 16 и формирователь 17 устанавливает триггер 15 в нулевое .

5 состояние (Lhs 0). ЭВМ 9 анализирует сигнал Uis и по результатам анализа выдает следующие коды.

После проверки первой пары 11пит.| и Uynp.j (точка 0 на рис. 2) фиксируется значение UnnT.i, а перебираются коды Uynp.j методом половинного деления диапазона

изменения управляющего напряжения, ЭВМ 9 выдает код Uynp.max (точка ai на фиг. 2) и записывает в регистр 6. ЦАП 7 преобразует этот код в управляющее напряжение, которое изменяет реактивное сопротивление (на фиг. 1 не показано) в управляемом, автогенераторе 3. Пусть, например, ЭВМ 9 фиксирует момент срыва колебаний. Тогда необходимо выбрать минимальный отрезок диапазона изменения управляющего .напряжения, равный шагу его изменения, на левом конце которого Uis 1, а на правом конце Uis 0 и запомнить значение правого конца отрезка. .

В т, ai Uis (ai) 0, поэтому диапазон О, ai делится пополам, выбирается средняя точка 32, соответствующий код которой ЭВМ 9 выдает в регистр 6. Пусть Ui5(a2) 1, тогда для нахождения минимального отрезка выбирается отрезок а2, ai, который снова делится пополам точкой аз, в котором Uis (аз) 1, поэтому опять выбирается отрезок аз. ai, делится точкой 34 пополам и т, д. (см. фиг. 2). Полученные пары значений Unvn.i и

Uynp.j , при К ОТОрЫХ Ul5(Uynp.J-0 1.

Uis(Uynp.j) 0, а отрезок Uynp,j - 1, Uynp.j равен шагу изменения управляющего напряжения, запоминаются в памяти ЭВМ 9,

Аналогичные операции проводятся для всех п значений Unm.u Если на всем диапазоне изменения Uynp. при Unm-.i const триг- гер 15 сигнализирует об отсутствии генерации (Uis 0, фиг. 2, кривая 4), то данное значение UHHT.I (на фиг. 2 - Unm. 4) исключается из множества задаваемых значений напряжения питания на втором этапе работы устройства.

Теоретически возможны случаи, когда, например, Uis(0) Uis(a2) Uis(ai) 0; т. е. вся зона генерации, если существует, целиком лежит в одном из отрезков 0, аг или а2, ат. Тогда оба отрезка делятся пополам и поочередно рассматривается каждый.

Таким образом, количество m значений Uynp.i зависит от ширины зоны генерации и её расположения в диапазоне 0, Uynp.max и в самом неблагоприятном случае m max Uynp.max/ Л Uynp. Однако практически реализуемые схемы управляемых автогенераФормула изобретения 1. Устройство для вихретокового контроля поверхностных слоев металлических изделий, содержащее последовательно соединенные первый регистр, первый цифроа- налоговый преобразователь, управляемый автогенератор, амплитудный детектор и пороговый блок, последовательно соединенторов имеют зоны генерации, для которых количество m значений Uynp.i намного меньше m max.

Итак, на первом этапе получены n n

значений UnnT.i, при которых происходит срыв генерации.

Затем ВТП 8 устанавливают на изделие с заданным дефектом (на фиг. 1 не показано) и выполняется аналогичная процедура определения момента срыва генерации при заданных п значениях Unm.i и переборе m значений Uynp.j. При этом опять не запоминаются значения UnHT.inU ynp.j, при которых Uis 0 для всех U ynp.j (кривая 3 на фиг. 2).

По окончании измерений ЭВМ 9 вычисляет разность 5j Uynp.j- U ynp.j для оставшихся кривых (кривые 1, 1 и 2, I1 на фиг. 2), выбирает максимальное значение (5i) и записывает в регистры 1 и 6 соответствующие ему значения напряжения питания

Uni/IT.I И Uynp.j.

Затем ВТП 8 устанавливают на контролируемое изделие и фиксируют дефект индикатором 11.

Таким образом, для одинакового напряжения питания ипит.° при воздействий на ВТП 8 бездефектного изделия и-заданного дефекта, характеризующего порог чувствительности устройства, получена максимальная разница управляющего напряжения, вызывающего в обоих случаях срыв генерации. Вследствие этого, зафиксировав второй оптимальный параметр Uynp.0, можно получить чувствительность ВТП 8 к изделию

с минимальным дефектом. Поэтому при воздействии на ВТП 8 контролируемого изделия с дефектом, превышающим минимальный дефект, уровень выходного напряжения автогенератора еще более изменится, что зафиксирует индикатор 11 (см. фиг. 2),

Регистры могут быть выполнены на микросхемах К561ТМЗ, ЦАП - на микросхемах. К572ПА2 и К140УД6, компараторы на микросхемах КМ597САЗ, триггер - на микросхеме К561ТМ2; ЭВМ можно реализовать на микропроцессорном комплекте серии КР580, интерфейс можно реализовать на микросхеме КР580ИК55,

ные второй регистр и второй цифроаналого- вый преобразователь, подключенный выходом к второму входу управляемого автогенератора, в колебательный контур которого включен вихретоко вый преобразователь, электронно-вычислительную машину с магистралью и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения производи

ельности контроля и экономичности использования оборудования, оно снабжено интерфейсом, включенным между выходом по югового блока и магистралью электронно вычислительной машины, первый выход интерфейса соединен с объединенными пе эвыми входами первого и второго регист- ро, вторые входы которых подключены соответственно к второму и третьему выходам интерфейса, а индикатор подключен к выходу амплитудного детектора.

виде последовательно соединенных первого компаратора, первого формирователя импульсов и триггера, выход которого является выходом порогового блока, последовательно соединенных второго компаратора и второго формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу триггера, входом порогового блока являются объединенные первые входы первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму пороговым напряжениям.