Устройство автоматического контроля качества движущегося проката

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Зу 3 А 1(51)5 6 01 й 27/72 В 37 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР мОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4908907/27 (22) 06.02,91 (46) 07.08.92, Бюл, М 29 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт систем автоматизации и управления (72) И,Н.Быков, В.И.Вовк, М.С.Зенов, А.Э,Дрознин, Л,А.Данилов, В,В.Титенко, В.А,Пименов, Ю,В,Бреславский, В,М.Шефтель, А.А.Ермоленко и Л.А,Лифшиц (56) Авторское свидетельство СССР й. 400841, кл. 6 01 й 27/86, 1971.Авторское свидетельство СССР й .426184, кл. 0 01 й 2.7/86, 1972.Авторское свидетельство СССР М 557308, кл. 6 01 й 27/86, 1975,Авторское свидетельство СССР й. 717643, кл. О 01 й 27/86, 1978,Мельгуй М.А. Магнитный контроль механических свойств стали. Минск: Наука и техника, 1980, с. 184,: (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ДВИЖУЩЕГОСЯ ПРОКАТА (57) Использование: контроль качества материалов электромагнитными методами, дефектоскопия движущихся материалов, агрегаты отделочного производства. Сущ-, ность изобретения: устройство содержитдва модуля 26,28, процессор 31, два датчика 23,24 имйульсов, генератор 8, два феррозонда 5,6, блок 9, состоящий из двух усилителей 10,11, двух фазовращателей 12,13, двух детекторов 14,15, двух фильтров 16,17и двух детекторов 18,19, сумматор.20; усилитель 21, усредненный модуль 27, коммутатор 29; преобразователь 30, йзмеритель 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, 31-28, 24-26. 31-29, 31-30, 31-34- 37-2, 34-35, 34-36, 31-32, 1 ил,Изобретение относится к средствамконтроля 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 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 катушками, выход генератора пилообразного напряжения соединен с ферроэондами, 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 барабанараэматывателя, 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 вращениябарабана раэматывателя 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 соот 10 ветственно 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 15 цифрового преобразователя соединен с первым входом процессора, второй, третий и группа четвертых входов процессора соединены соответственно с первым и вторым 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 25 преобразователя и третьим входом модуля ввода число-импульсных сигналов, четвертые входы которого соединены с четвертыми выходами процессора, выходы процессора в последовательности с пятого 30 по седьмой соединены соответственно с входом цифроаналогового преобразователя, первым и вторым входами модуля вывода дискретной информации, группа восьмых и девятый выходы процессора сое 35 динены 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 40 соответственно с первым, группой вторых входов блока ключей и с входом блока сигнализации, группа четвертых выходов модуля вывода дискретной информации 45 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 50 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, явлющегося вторым входом каждого из егомасштабных усилителей. 20. выходами модуля ввода число-импульсных10 15 20 25 30 40 50 55 На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства,Устройство содержит блок 1 катушек из электропривода 2, управляющего блокомголовок, состоящим из двух намагничивающих 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 каналов, состоящих из последовательно соединенных между собой масштабных 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 соответственно 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, коммутатора 29, аналого-циФрового преобразователя 30, процессора 31, запоминающего блока 32, цифроаналогового поеобразователя 33, модуля 34 вывода дискретной информации,блока 35 сигнализации, блока 36 регистрации и блока 37 ключей.Выход генератора 7 импульсов соединен с нэмагничивающими катушками 3 и 4, выход генератора 8 пилообразного напряжения соединен с феррозондами 5 и 6, выход 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, являющимися первыми входами соответственно первого и второго его масшабных усилителей 10 и 11. Выход первого и выход второго пиковых детекторов 18 и 19 соединены соответственно с первым и вторым входами суммато- ра 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 разматывателя соединены соответственно с первым, вторым,третьим и четвертым входами блока 25 цифровой 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 аналогоцифрового 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 вторыхи 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 первыми 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 Ьзм. и скорости Чизм поосы по соотношениям:лО 1 изм. = деизм.иГОЬйизмЧизм. где 0 - диаметр измерительного ролика;и - число импульсов на один оборот измерительного ролика;. Иизм. - число импульсов, измеренное с начала движения полосы;Ь Иизм. - число импульсов, измеренное за конечное время наблюдения Ь 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 Йизм. поступает по второму входу в процессор 31 для вычисления длины 1 изм, и скорости Чизм. полосы по соотношениям (1) и (2) за время наблюдения Ь Т.(Время контролируется процессором 31 с помощью внутреннего таймера(нет на схеме) и соответствует оптимальному для получения наиболее достоверного значения скорости полосы),Код величины Чизм, с помощью цифроаналогового преобразователя 33 преобразуется в напряжение Оч, которое поступает с первого выхода блока 25 на генератор 7. импульсов, где, в свою очередь, преобразуется в частоту Гимн. следования импульсов, соответствующую текущему значению Чизм, Преобразование осуществляется в генераторе 7 импульсов по соотношению:Гим= КОч (3) где К - переводной коэффициент усиления - величина постоянная для данной схемы,Считывание градиентов нормальных составляющих напряженности поля остаточ ной намагниченности (дгад Н)осуществляется с помощью феррозондов 5 и 6, подключаемых к возбуждающему генератору 8 пилообразного напряжения.Намагничивание и считывание произво дится парами, т.е, верхними катушкой 3 иферрозондом 5 и нижними катушкой 4 и феррозондом 6, что позволяет производить отстройку от вибрационных колебаний движущегося проката. Сигналы, снимаемые с 15 феррозондов 5 и 6, обрабатываются по двумпараллельным каналам блока 9, обеспечивающим необходимое усиление с помощью масштабных усилителей 10 и 11.Фазовращатели 12 и 13 устанавливают 20 необходимую фазу второй гармоники дляполучения необходимойчувствительности и избирательности синхронных детекторов 14 и 15, которые детектируют сигнал второй гармоники, Фильтры 16 и 17 низкой частоты 25 сглаживают пульсации продетектированного сигнала, Сигналы, продетектированные с помощью пиковых детекторов 18 и 19, суммируются в сумматоре 20 с последующим усилением по мощности в усилителе 21.30 Чувствительность масштабных усилителей 10 и 11 устанавливается (изменяется) автоматически соответственно их коэффициентам усиления, изменяющимся в зависимости от толщины полосы и марки стали.35Информация о марке стали, толщинеполосы, градиентах напряженности поля остаточной намагниченности (дгаб Н) как исходных, так и изменяющихся в процессе 40 движения полосы по агрегату и соответствующих конкретным коэффициентом К 1 усиления масштабных усилителей 10 и 11, а, следовательно, и об основных характеристиках механических свойств металла (пре дел текучести От, временное сопротивлениеразрыву Ов, относительное удлинение д и твердость НВВ), соответствующих для данной марки стали показателям дгаб Н для конкретных значений коэффициентов К) 50 усиления, а, следовательно, и толщины полосы йь вводится в запоминающий блок 32.При этом, исходные данные для конкретной марки стали о толщине полосы Ь, градиентах дгаб Н напряженности, соответствую щих коэффициентам К, механическихпоказателях (От. Ов 3. НВВ), соответствующих дгаб Н ь вводятся в запоминающий блок 32 заранее (например, с пульта оператора, не показанного на схеме), а текущие показатели перечисленных данных вводятся в блок(4) 35 где Ь(гТд) - результат г-го наблюдения толщины полосы в момент времени Тд.а- количество дискретных участков по длине полосы;Тд - интервал дискретизации кривой измерения толщины полосы, определяемый из условия теоремы Котельникова; 1 2 макс(5) где 1 макс - максимальная частота колебаний толщины полосы.Для данной марки стали и номинально го значения толщины полосы величины Тд рассчитывается предварительно, хранится в запоминающем блоке 32 и используется для вычисления среднего значения и толщины полосы по соотношению(4). После иден тификации значения йс одним из табличных значений Ь процессор 31 вырабатывает сигнал, поступающий с его шестого выхода на первый вход модуля 34 вывода дискретной информации, а, следовательно, и на первый 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 5 элемент которого означает конкретное зна.чение предела текучести для данной марки М металла толщиной Ьф=1.е, где т - число диапазонов толщин с заданной дискретностью, например, п=0,01 мм), соответствую щее значению дгад Нь указанного в таблице для каждого значения чувствительности масштабного усилителя К )=1 п, где и -число диапазонов чувствительности, соответствующей коэффициенту усиления мас штабных усилителей 10 и 11).Изменение коэффициентов усиления масштабных усилителей 10 и 11 происходит в соответствии с показателями толщины полосы, измеренной измерителем 22 и посту пающей на второй вход модуля 27 норь ализации и фильтрации, где после приведения их к стандартной форме попадают на его второй выход и после обработки в преобразователе 30 нулевой сигнал на 25 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 30 толщины по соотношению: 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 К 1, т,е. чувствительность масштабных усилителей 10 и 11, По настроенным коэффициентам К 1 срабатывают параллельные каналы блоков 10-18 и 11-19, а на выходе усилителя 21 мощности, а, следовательно, и блока 9 появляются соответствующие К 1 текущие значения градиента дгаб Нь поступающие в процессор 31 по первым входам канала блоков 27,29,30,31 (коммутатор 29 находится в режиме связи его выхода с первым входом при изменении нулевого сигнала натретьемего вхОде),В процессоре 31 поступившие и соответствующие устайовленнбму К текущие значения дгаб Н идентифицируются с табличными исходными показателями дгаб Н для данной марки и толщины полосы иэ базы данных блока 32, поступившей в процессор 31 по четвертым входам из их группы.После идентификации поступивших в процессор 31 исходных и текущих значений дгаб Нь процессор 31 определяет, превысило ли отклонение между ними пороговое значение,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, оператору о создавшейся ситуации.После идентификации текущих и исходных значений дгаб Н для данной марки стали и толщины полосы, процессор 31 производит выбор текущих данных механических характеристик полосы бт, бв, д, НЯВ) для соответствующего коэффициенту К значения (текущего) дгаб Нь определяет отклонение между текущими и исходными значениями механических характеристик полосы, проводит проверку на соответствие полученных отклонений их пороговым значениям, определяет длину дефектного участка с координатами его начала и конца и направляет всю перечисленную информацию 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, 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 очередногооборота раэматывателя поступает по вторым входам блоков 26, 28 на третий входпроцессора 31, отсчитывающего импульсыдатчика 23 на каждый оборот разматывателя (каждый импульс датчика 24) и по числуимпульсов датчика 24 на определенное число оборотов разматывателя, определяющего требуемый остаток длины полосц набарабане разматывателя. По достижениютребуемого остатка процессор 31 по седьмому его выходу через второй вход 34 вывода дискретной информации выдает сигнална второй вход блока 37 ключей, поступающий затем с первого его выхода второйвыход блока 25) на электропривод 2 блока 1катушек (пары 3, 4, 5, 6), выводя последнийиз эоны намагничивания полосы.Блок 37 ключей логические схемы И)запитываЮтся от внешнего источника пита ния.Ввод базы данных в блок 32 происходит, например, с пульта оператора, не показанного на схеме,После определения требуемого остаткадлины полосы на раэматывателе с третьеговыхода процессора 31 поступает сигналсброса на третий вход модуля 28, очищающий его счетчики, опрос которых произво-.дится по четвертым входам модуля 28 счетвертых выходов процессора 31,Сигнал второго выхода процессора 31очищает аналого-цифровой преобразователь 30, а сигнал с первого выхода процессора 31 переключает режим раоотыкоммутатора 29 после окончания расчета потолщине, подготавливая блоки 27,29,30 длявосприятия информации о градиенте 9 габН остаточной намагниченности полосы,Формула изобретенияУстройство автоматического контролякачества движущегося проката, содержащее блок катушек из двух намагничивающих катушек, двух феррозондов, генератораимпульсов, генератора пилообразного напряжения и электропривода блока катушек,блок аналоговой обработки сигналов на двапараллельных канала из последовательно 5соединенных между собой масштабногоусилителя, фазовращателя, синхронного детектора, фильтра низкой частоты и пиковогодетектора соответственно в каждом, и содержащий также сумматор и усилитель. 5мощности, причем выход генератора импульсов соединен с намагничивающими катушками, выход генератора пилообразногонапряжения 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 первы ми 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 10 соединен с входом усилителя мощности, выход усилителя мощности является выходом блока аналоговой обработки сигналов, о тл ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля показателей каче ства движущегося проката за счет уменьшения погрешности измерения градиента напряженности поля остаточной намагниченности, оно снабжено измерителем толщины, датчиком импульсов ролика и .20 датчиком импульсов вращения барабанаразматывателя, блоком цифровой обработки сигналов, состоящим из модуля гальванической развязки, модуля нормализации и фильтрации, модуля ввода числоимпульс ных сигналов, коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, процессора, запоминающего блока, цифроаналогового преобразователя, модуля вывода дискретной информации, блока сигнализации, бло ка регистрации и блока ключей, причемвыход блока аналоговой обработки сигналов, выход измерителя толщины, датчика импульсов ролика и датчика импульсов вращения барабана разматывателя соединены 35 соответственно с первым, вторым, третьими четвертым входами блока цифровой обработки сигналов, являющимися соответственно первым и вторым вхОдами модуля нормализации и фильтрации, первым и вто рым входами модуля гальванической развязки, первый и второй выходы. модуля гальванической развязки соединены соответственно с первым и вторым входами модуля ввода число-импульсных сигналов, 45 первый и второй выходы модуля нормализации и фильтрации соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора, выход которого через первый вход аналогоцифрового преобразователя соединен с 0 первым входом процессора, второй, третийи группа четвертых входов процессора соединены соответственно с первым и вторым выходами модуля ввода число-импульсных сигналов и группой выходов блока запоми нания, 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, четвер1753393 13 Составитель И.БыковТехред М.Моргентал Корректор И.Муска Редактор Н,Химчук Заказ 2765 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тые входы которого соединены с четвертыми выходами процессора, выходы процессора в последовательности с пятого по седьмой соединены соответственно с входом цифроаналогового преобразователя, 5 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 10 дискретной информации, четвертый вход которого соединен с десятым выходом процессора, первый, группа вторых и третий выходы модуля вывода дискретной информации соединены соответственно с первым, 15 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 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