Способ многопараметрового электромагнитного контроля ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХУБЛИК дц 4С 01 И 27/9 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЬСТВ ОО Об ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское свидетельство СССР У 935900, кл. 6 01 Н 27/90, 1983.Авторское свидетельство СССР ,В 978029, кл. С 01 Б 27/90, 1986, (54) СПОСОБ МНОГОПАРАМЕТРОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 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 повышение точности контроля за счет введения дополнительного режима намагничивания током треугольной формы БО 1288579 На изделие воздействуют электромагнитным полем, напряженность которого изменяется по системе функций Таудера при изменении частот возбуждающего 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 способРсодержит мини-ЭВИ, 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. Путемадаптивного изменения воздействующихпараметров осуществляется обучение дляконтроля соответствующего типа изделий. 2 с.п. Ф-лы, 1 ил, 12885Изобретение относится к методам неразрушающего контроля физико-механических параметров ферромагнитных иэделий и может быть использовано в, машиностроительной промьппленности,цля 5 структурного анализа.Цель изобретения - повьппение точности контроля параметров Йзделий за счет введения дополнительного режима намагничивания током треуголь 1 О ной формы.На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.15Устройство содержит соединенные последовательно блок 1 намагничивания и два электромагнитных преобразователя 2 и 3, два тензометрических преобразователя 4 и 5, соединенные20 последовательно селектор б, блок 7 управления коммутатором, аналоговыи коммутатор 8, к входам которого подключены электромагнитные преобразователи 2 и 3 и тензометрические датчики 4 и 5, аналого-цифровой преобразователь 9 и блок 10 буферной памяти.Устройство содержит также интерфейсный узел 11, состоящий из последовательно соединенных дешифратора 12 адреса с памятью, блока 13 управления квитированием, блока 14 приемо- передатчиков, входы которого подключены к селектору 6 и блоку 10 буФерной памяти, и.входного н выходного регистров 15 и 16., Интерфейсный узел 11 содержит также соединенные последовательно регистр 17 управления и шинныи формирователь 18, выход которого подключен к селектору 6 и дешифратору 12 адреса с памятью,В состав устройства входят также соединенные последовательно контроллер 19 стенда, подключенньп к селектору 6, и исполнительный механизм 20 соединенные последовательно контроллер 21 намагничивающего тока, муль. типлексор 22, два регистра 23 и 24, управляемый генератор 25 и Формирователь 26 тока намагничивания, и мини-ЭВИ 27, связанная с входным и выходным регистрами 15 и 16 н регистром 17 управления.Способ реализуется следующим 55 образом.На контролируемый объект воздейествуют электромагнитным полем, изменяющимся по треугольной Форме (по,79 2системе Функций Иаудера) в широком диапазоне частот (10 Гц - 100 кГц) зондирования. Исходные амплитудные значения последних на соответствующих частотах анализа устанавливают такими, чтобы уровень высших гармоник Уолша в спектре сигнала первичного измерительного преобразователя на:всех выбранных частотах анализа был постоянен (например 0,5 Е), при этом дополнительно осуществляют коррекцию амплитуды зондирования для компенсации вклада, обусловленного вариацией структуры, численно равную по величине К, А гделлК = (а,- ) +(а-) +(а +- - )о а Вар "бз(; флгде Р,б ,.о - соответственно сценкитвердости, предела текучести, предела прочности, определяемые впервом режиме намагничивания;р ,Б , 6 - указанные прочностныев тз БЭхарактеристи эталонной (опорной) детали;а а, а - весовые множители, определяемые в циклеобучения на прецставительной обучающей выборке образцов-свидетелей по критерию минимальной дисперсииошибки;А - исхсдная амплитудасигнала на частотеанализа.Для исключения влияния мешающего Фактора, обусловленного существенной трансформацией реологическойФункции объекта контроля в области совершения Фазового реологического перехода первого и второго видове = М(6), согласно предлагаемомуспособу осуществляют дополнительную коррекцию амплитуды зондирования, пропорционально К , А , гдел1 22 шК =Ь (11) +Ь ( - ,ш) +т тбзз -%( ГЪти Г, 1, 1 - весовые множители (постоянные для данного типа изделия), которые устанавливают в цикле обучения на представитль -электродинамического преобразователя используют спектральные составляющие Уолша, регистрируемые на локальных интервалах анализа.В режиме Обучения устанавливают оптимальные параметры корреляции амплитуды зондирования для исключения влияния сильномешающих факторов варации структуры ( дрр д , дб ) и трансформации реологической Функции Г = Ч (б ) в области совершения фазовых реопогических переходов первого и второго видов на процесс контроля абсолютных реологических напряжений (составляющих тензора реологических полей 6 , 6).зэЦикл обучения. Осуществляют путем изменения степени усечения обучающей выборки образцов по совокупности прочностных характеристик и интенсивности погружения последних по уровню ф р б,р 6 э р при этОИ Осуществляют электромагнитное зондирование объекта контроля на выбранных частотах анализа в диапазоне 20 Гц - 50 кГц, которые изменяются по форме и системе функций Шаудера и в диапазоне 7 , = 100 КА/М. Первоначально на эталонах первой группы измеряют гармонический состав электродинамическо 1.о преобразователя и устанавливают в явной форме многопараметровые оценки контролируемых параметров Ор 8цедуру 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 ( И , 6, , 6 ), анализируют отклик электродинамичесгде коэффициенты с ливают в цикле обу чительной его фазе ной выборке образц критерию минимальн ки. и с устанавения (в заклюна представитель в-свидетелей по й дисперсии ошиб 45 состав его) и устанавливают изменение коррекции амплитуды от 6 , 6т б р и остаточных напряжений 6 т.е.т ( Ь р 6 , Р, 6;, ). МногопаРаметровые оценки прочностных характеристик объекта контроля 6, б , ртр В устанавливают в первом режиме намагничивания. Многопараметровые оценки В , 8 , В, в явной форме определяются на ограниченной обучающей выборке образцов (средней прочностной группы) в области деформации (области Гука) контролируемых изделий. Согласно способтродинамического и пользуют в ключ еннь ме включ держащий ложенные носитель честве и ной выборке образцов;8 - значение, соответствующее предельному переходу в область совершения фазового реологического перехода первого вида.В дальнейшем на эталонные (сменные) образцы первой группы воздействуют по уровню исходными амплитудами на частотах анализа и регистрируют спектральный состав (в базисеУолша) отклика электродинамического преобразователя, при этом осуществляют нагружение эталонных образцов ,в области Гука и устанавливают в явной форме зависимость изменения амплитУДы пОлЯ От УровнЯ Р р Й р 8 к ажгр дого параметра индивидуально и всей совокупности А = Ч(Р бт р ь ) Этопозволяет повысить точность конт роля абсолютных реологических полей (61 , 4 2 , б .) при существеннойр 2 р ЗЗвариации прочностных характеристик контролируемых иэделий. Затем используют усеченную обучающую выборку образцов (образцы средней прочностной группы), воздействуют на указанные образцы в области Кельвина и Максвелла и регистрируют отклик электродинамического преобразователя, при этом устанавливают характер изменения амплитуд (на фиксированных частотах анализа) в зависимос ти от уровня накапливаемых остаточных напряжений, обуславливающих трансформацию реологической функции(8 ). При этом величину результирующей амплитуды зондирующего поля при вычислении вторичных (уточл лл ненных) оценок б сз, В в режиме измерения устанавливают по кри- терию у в качестве элек реобразователя ис первичный преобразователь, Й по дифференциальной схения (с опорной деталью), с по две ортогонально распоизмерительные обмотки ото намагничивающих, а в каформативных составляющих 10 15 20 25 30 35 40 го преобразователя (спектральныйния зондирукт контроля 55 на конто тока м контролока формиенения мгн В режиме измерения, н первом режиме намагничивания, устанагливают н явной Форме оценки прочностных харак-.л л теристик р 66 , на основании последних устанавливают уровень зондирования во втором режиме намагничивания (первичная коррекция амплитуды), равный А (1 - К ), и определяют первичные оценки контролируемых параметров 6 , о , Ы , соглас 6 л м но после ним, а также ранее устанонлл ленным ., ор осуществляют нтот в ричную корреляцию амплитуды зондиА (- Г (к, , ( ( , , (и определяют вторичные уточненные( л оценки б 6Выбор соответствующих частот зондирования согласно предлагаемому способу осуществляется исходя кз соотношения для обобщенного параметра, определяющего информативную зонузахвата информации о свойствах контролируемого объекта по глубине. Выбор сетки частот.токовихревого зондирова-. ния объекта контроля из условия их минимума при достаточной,полноте отображения свойств объекта контроля (совокупности Физико-механических характеристик) основан на ортогонали зации вклада на каждой частоте анализа в контролируемую совокупность физико-механических характеристик,Устройство работает следующим образом.Первоначально осуществляется цикл обучения на представительной выбор-. ке образцов контролируемых изделий, При этом амплитуду возбуждающего тока ступенчато изменяют но времени в соответствии с программойзадаваемой мини-ЗВМ 27 в диапазоне амплитуд по О,= 100 КА/М. В качестве :информативных составляющих использ- ют гармоники Уолша, регистрхлруемые на локальных интервалах анализа раз 1 личной кратности огибающей сигнала, полученной путем изменения для каждого значения возбуждающего тока, нормированные по его мгновенным значениям отклика в моментый КТ + Т/2 и где К =и О 234,Для реализации управлющим воздействием на объмини-ЭВМ 27 воздействуетроллер 21 намагничивающечерез селектор 6.чхри этлер 21 намагничивающегорует в цифровой Форме из венных значений намагничивающего тока, осуществляя тем самым управление Формой намагничивающего тока ичастотой зондирующего воздействия.Реализация и такой Форме контроллера 21 намагничинающего тока обеспечивает гибкость изменения частотызондирования когда форма зондирующего воздействия остается н диапазоне частот постоянной. Зто позволяетупростить реализацию тракта управления зондирующим устройством и, кроме того, осуществляет независимуюрегулировку параметров зондирующеговоздействия по Форме намагничиванияи его частоте При этом, контроллер 21 намагничинающего тока через мультиплексор22, регистры 23 и 24 воздействует науправляемый генератор 25 и Формирователь 26 тока намагничивания, В режиме обучения контроллер 21 намагничинающего тока на базе задаваемогошага (с помощью мини-ЭВМ 27) иттерационной процедуры поиска формируетФорму зондирующего воздействия в явном ниде по критерию минимальнойдисперсии ошибки,В первом режиме обучения устанавливают нид регрессионных уравненийФормирующих о;ники контролируемыхл лпрочностных характеристик 6 и Втр путем коэффициентного взвешивания информативных составляющих) Дляэтого электромагнитный преобразовагель 2 включают н абсолютный режим;измерения с помощью аналогового коммутатора 8, пр:лчем управление последним осуществляют с помощью мини-ЗВМ27 черезинтерфейсный узел 11, селектор б и блок 7 управления коммутатором. Мини-ЭВМ 7 задает характер опроса (одиночный его адресную часть,последовательный опрос, интервалы опроса и т.д.), на основании которогоблок 7 управления коммутатором вырабатывает последовательность переключения каналов аналогового коммутатора 8 но времени с привязкой относительно намагничивающего тока.Для изменения объемного напряженного состояния электромагнитные преобразователи 2 и 3 содержат ортогонально расположенные вторичные обмотки, которые выполнены н ниде двухотдельных секций, разнесенных на 3-5длин указанных секций. При этом с помощю аналогоного коммутатора 8, который синхронизируется блоком 7 управления коммутатором, осуществляется поочередное (синхронное) переключение указанных секций измерительных (вторичных) обмоток.В первой фазе второго цикла обу 5чения устанавливают информативныечастоты зондирования при изменениинапряжений в контролируемом объекте. При этом мини-ЭВМ 27 задает исходную частоту зондирования, форму щи амплитуду сигнала. Полученный сигнал с электромагнитных преобразователей считывается в блоке 10 буферной памяти, а затем в мини-ЭВМ, гдепроизводится его обработка. Устанавливая соответствующие образцы,производится обучение устройства соответствующим критериям. Цикл обучения завершается после установленияв явной форме закойомерностей изменения амплитуды воздействующего сигнала на объект контроля.Устройство в режиме измерения ра-.ботает следующим образом,Первоначально воздействуют на объ ект контроля (с помощью тракта управления зондирующим воздействием)ступенчато изменяющимся по амплитуде(треугольной формы) зондирующим полем на фиксированной частоте, например, 40 Гц в диапазоне амплитуд до7 = 100 КА/М и регистрируют от 0 Максклик, информация о котором черезтракт сбора и обработки измерительной информации поступает в мини-ЭВМ27. В последней согласно установленным алгоритмам первоначально вычисляют спектральные гармонические состав,ляющие в базисе Уолша на локальныхинтервалах анализа, а затем оценки 40 йараметров б , 8 , р. Мини-ЭВМ 27 воздействует первоначально на селектор 6 и на контроллер 21 намагничивающего тока, воздействуя на управляемый генератор 25 и формирователь 45 26 тока намагничивания, через мультиплексор 22 и регистры 23 и 24 обеспечивает формирование ступенчато изменяющегося по амплитуде (треугольной Формы) зондирующего воздействия 50 на объект контроля с помощью блока 1 намагничивания. После вычислейия пал лраметров Б , 5 , р контролируемого изделия мини-ЭВИ 27 переводит работу устройства во второй режим измерения. При этом с помощью аналогового коммутатора 8 осуществляется подключение электромагнитных преобразователей 2 и 3 по дифференциальной схеме 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 (К ,Г ) воздействием установленной оптимальной Формы с исходными амплитудами А,, с установленными в первой фазе второго цикла обученияПри этом мини-ЭВМ. 27, оказывая действие на контроллер 21 намагничивающего тока, обеспечивает исходную коррекцию амплитуды зондирования на базе установленных (вычисленных) оценок а лб, 8, 6, (согласно описанному) .В дальнейшем тракт сбора и обработки измерительной информации осуществляет вычисление первичных оцел л лнок б бг 6, на основаниилл/щ л р) осуществляют вторичную коррекцию 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 оценкиА8 , о , В . На этом процесс11 1 й ЗЗизмерения физико-технических показателей Ферромагнитных изделий завершается. Формула изобретения1. Способ многопараметрового электромагнитного контроля ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что последовательно воздействуют на контролируемое изделие электромагнитным полем изменяющейся интенсивности, получают огибающую сигнала, выделяют спектральные составляющие полученного сигнала путем измерениядля 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 определяюткачество контролируемого иэделия, сравнивая результаты измерений с результатами, полученными на эталонных образцах в процессе обучения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,дВ Оцвнки прочностных характеристит;. твердости,ПОЕДЕЛа т Ек: = - ;1 ИПРЕДЕЛа ПРО 1 нтаетИ,"соответственно тверг. э т бэ дость, предел прочности и 11 ре 1 тел текучто, с целью повышения точности контроля параметров изделийпри первом рвжИМЕ БЕМЯГГЧ.т-:;".-:1 тя В ЦИКЛЕ ОбуЧЕ- ния определяют вид уравнений регрессии, формирующих оценки прочностных характеристик, вводят второй циклнамагничивания. во время котороговоздействуют н.". объект кон роля электромагнитным полем, изменяющимся по системе функцтий Каудера, совместно тО с изменением частоты зондизования,амплитуд.т которого устанавливаютпостоянства амплитудыших гармоник Уолша в спектре измеРЕННОГО СИГЯалат КОРРЕКтИРУЮт аМПЛИтУДУ вод 1 тттт-,ТГтттГ.;" гттгст 1 тт г гГ Коэффтг 1 т 11 гт - Ет.ттОМ 11 а тГ 1". т. Г:т тттт 1 ттго ттг 1 а ГтГГГЧ - НОЙ ДЕфОРМадтии:О 1 ;,т,-,тЕ.7 ЬНЫМ КОЭ 11 фИЦИЕттгто 1 Ц 77 т-" гг; т .,НЮГГ 7 а 1 ПЯЛИТУГЦУ ЗОНДИРУЮШО: О :О:Г, -,.гЗИТЯ РЯБ - Ю НОИ А ОЦЕНКИ МЕ,.;а 111 т.т",.":;.: - ;агпттзо - ,11уСтаиаВЛИВашт Путаы ОЕ-,р т т:.,:.т; 1 Пвг.НОК НОНМаЛЬНЫХ СОГ Га ВЛ;ГЭГ 711-,г.,",а;7 Пр тс" Ннй ВЕСОВЫЕ МНОжи.",;.,ЛИ а.г 11".г.тцикле Ооут 1 ения сог:7 асно 1 ОО ят =пню минимальт 1 отт дттг 1 ггтрп 1 тттт ОНЕСТ 171 узте ПЕНЬЮ 7 Стчаттттв Об "7 тткЮШд 1 г, ГУО, Г "Ггт тгг- ЭффИЦРГттг 71 Ь 1; ГГ т - 1 7 - 1 -ГгтанаВЛттжтЩГ В 11 т ;11г т. гтГ 1 тт В рсж 1 ЩЕ ИЗ;ГЕРЕттттв О 11,1 Г 1 Гт 1 Дк прочностных ха 1=.К -,.-;, - ;,ь На ОСЬ 1 ОВННИ 1 Г 1 тГ,ОГг 1 ООЬ, ",Г т,;1, ЕПЕРВИциттттД 1;Орпгп ":; и;,ГГ - 7177 - Г Г г;РУЮЩЕГО ВОЗДЕйотВИЯ, От 1 рав-т,7.:7,1 ПЕРВИЧНЫЕ ОНЕНГГ т,т Б 7; 17, И В тОРИт.тную коореткпи о ампл 1.ту 1 ы согласно кои-.тЕРИЮ Л1 - 1 .".,з ".", 7 " ,, " .1, ПОттКОтоРОтт 11 ПРЕДЕЛгпат У, ОЧттв; Н;,Е В т ОвтвтНЫЕ О 1 твтт 11 гтт тггттгтГП",т 11 гтттГгтт 1 Х г ЭттДГРГ,ГОТТ 7 Я гдекВ,2, О, 2г (Г"3;ГГ ОСт 1 Очести эталонного изделия;6, В , б - нормальные напряжения11в соответствующих ортогональных направлениях;значения уровня предельного перехода в область совершения фазового реологическогоперехода.2. Устройство многопараметрового контроля ферромагнитных изделий, содержащее соед:1 ненные последовательно формирователь тока намагничивания, блок намагничивания и электромагнитный преобразователь, и аналого-цифровой преобразсватель, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля параметров изделий, оно снабжено последовательно соединенными контроллером намагничивающего тока мультиплексором, двумя регистрами и управляемым генератором, подключенным к формирователю тока намагничивания, вторым электромагнитным преобразователем, соединенными последовательно селектором, подключенным к конроллеру намагГничивающего тока, блоком управления коммутатора и аналоговым коммутатором, входы которого соединены с первым и вторым электромагнитными преобразователями, а выход подключен к аналого-циФровому преобразователю, двумя тензометрическими преобразователями, подключенными к аналоговому коммутатору соединенными последовательно контроллером стенда, подключенным к Селектору, и исполнительным механизмом, мини-ЭВМ, блоком буферной памяти и интерфейсным узлом, вь 1 полненным в виде последовательно соединенных дешифратора адреса с памятью, подключенного к селектору блока управления квитированием, блока чриемопередатчиков к входам которого подключен селектор и аналого-цифровой преобразователь через блок буферной памяти, входного и вы-, ходного регистров, подключенных к мини-ЭВМ, и соединенных последовательно регистра управления, подключенного к мини-ЭВМ, и шинного формирователя, выход которого подключенк селектору.1288579 Составитель Ю. ГлаТехред Л. Олейник Корректор А.Обручар гир едакто Тираж 776И Государственного комитета СССпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб.,О/41 ВНИИП дписное а 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная, 4