Устройство для многопараметрового контроля качества материалов и изделий

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОПАРАМЕТРОЮГО КОНТРСШЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИА ; ЛОВ И ИЗДЕЛИЙ, содержащее последовательно соединенные генератор тока заданной формы и преобразователь, блоки вьзделения информативных параметров , соединенные с выходом преобразо ателя , блоки пороговых элементов , логические схемы И или ИЛИ и регистраторы групп качества, выходы блоков пороговых элементов подключены к входам логических схем И, выходы которых соединены с входами логических схем ИЛИ, а индикаторы групп качества подключены к выходам последних, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено генера тором двух сдвинутых на 90 опорных напряжений, осциллографическим индикатором и узлами суммирования, .об1дее число которых равно (т-1) + + (т-2) +, ..., + (m-n) , где m число информативных параметров, п - число параметров, линейно связанных с информативными параметрами , каждый узел суммирования имеет два сигнальных и два опорных входа, один сигнальный и два индикаторных выхода, причем опорные входы узлов суммирования подключены к выходам . генератора двух сдвинутых на 90° опорных напряжений, индикаторные выходы узлов суммирования - к входам ос1р1ллографического индикатора, узлы суммирования расположены п столбцами, причем в первом столбце содержится (m-l) узлов с мировання, во втором (т-2) узлов Суммирования, в п-м столбце - (m-n) узлов суммирования , сигнальные входы уз.лов суммирования первого столбца подключены к выходам-блоков вьщеления информативных параметров, сигнальные выходы узлов суммирования первого столбца - к сигнальным входам узлов суммирования второго столбца, а сигнальные выходы узлов суммирования п-го столбца соединены с входами блоков пороговых элементов. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ющ е е с я тем, что узел суммирования выполнен в виде первого и второго модуляторов, сигнальный и опорный входы которых являются нальными и опорными входами узла суммирования, сумматора, первого и второго синхронных детекторов, регулируемого фазовращателя и фазосдвигателя на угол 90 ячейки, выходы модуляторов подключены к входам сумматора , выход которого подключен к сигнальным входам синхронных детекторов , опорный вход первого модулятора соединен с входом регулируемого фазовращателя, выход которого под

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 37 А

duo С 01 N 27/90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3239413/25-28 (22) 20. 01. 81 (46) 07.08.84. Бкл. У 29 (72) В.Ф. Мужицкий, А.С. Смирнов, В.Д. Сартаков, В.С. Лапшин и С.И. Воропаев (7 1) Научно-исследовательский институт интроскопии и Иркутский политехнический институт (53) 620. 179. 14(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 501347, кл. С 01 N 27/90, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 478229, кл. G 01 N 27/82, 1978 (про(прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОПАРАМЕТРОВОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА MATEPHA

ЛОВ И ИЗДЕЛИЙ, содержащее последовательно соединенные генератор тока заданной формы и преобразователь, блоки выделения информативных параметров, соединенные с выходом преобразователя, блоки пороговых элементов, логические схемы И или ИЛИ и регистраторы групп качества, выходы блоков пороговых элементов подключены к входам логических схем И, выходы которых соединены с входами логических схем ИЛИ, а индикаторы . групп качества подключены к выходам последних, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено генера:тором двух сдвинутых на 90 опорных напряжений, осциллографическим индикатором и узлами суммирования, общее число которых равно ((тп-1) +

+ (m-2) +, ..., + (m-n)), где m— число информативных параметров, n — - число параметров, линейно связанных с информативными параметрами, каждый узел суммирования имеет два сигнальных и два опорных входа, . один сигнальный и два индикаторных выхода, причем опорные входы узлов суммирования подключены к выходам генератора двух сдвинутых на 90 опорных напряжений, индикаторные выходы узлов суммирования — к входам осциллограФического индикатора, узлы суммирования расположены и столбцами, причем в первом столбце содержится (m-1) узлов суммирования, во втором (m-2) узлов суммирования, в и-м столбце — (m-n) узлов суммирования, сигнальные входы узлов Ф суммирования первого столбца подключены к выходам блоков выделения информативных параметров, сигнальные выходы узлов суммирования пер- С вого столбца — к сигнальным входам узлов суммирования второго столбца, а сигнальные выходы узлов суммирования n-ro столбца соединены с входами блоков пороговых элементов.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что узел суммирования выполнен в виде первого и

Ю второго модуляторов, сигнальный и М опорный входы которых являются сигнальными и опорными входами узла суммирования, сумматора, первого и

)второго синхронных детекторов, регулируемого фазовращателя и фаэосдвигателя на угол 90 ячейки, выходы модуляторов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к сигнальным входам синхронных детекторов, опорный вход первого модулятора соединен с входом регулируемого фазовращателя, выход которого подключен к входу фазосдвигающей на о

90 ячейки, и с опорным входом первого синхронного детектора, выход которого является первым индикаторным выходом узла суммирования, а выход фазосдвигающей на угол

107037

90 О ячейки подключен к опорному входу второго синхронного детектора, выход которого является вторым индикаторным выходом и сигнальным выходом узла суммирования.

Изобретение относится к неразрушакщему контролю качества материалов и .изделий электромагнитными методами и может быть использовано в тех случаях, когда в результате обработки сигнала преобразователя, взаимодействующего с контролируемым изделием, получают несколько (три или более) информативных параметров, каждый из которых зависит от физи- 10 ческих (контролируеютх и мешакщих) параметров, а также для структуроскопии и дефектоскопии цветных и черных металлов в отраслях машиностроения, цветной и черной металлур- 15 гии в

Известно устройство для электромагнитного многопараметрового контроля поверхностной обработки ферромагнитных металлических изделий, . 20 содержащее преобразователь, группу генераторов синусоидальных колебаний по числу измерительных каналов, сумматор, группу синхронных детекторов, счетнорешакицие блоки и группу 25 решающих.функциональных преобразователей Е13.

Недостатками Устройства являются сложность и ненаглядность настройки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для многопараметрового контроля качества материалов и изделий, содержащее последовательно соединенные генератор тока заданной,фор-З5 иы и преобразователь, блоки выделения информативных параметров, соединенные с выходом преобразователя, блоки пороговых элементов логичес40 кие схемы И или ИЛИ и регистраторы групп качества, выходы блоков лороговых элементов подключены к входам ,логических схем И, выходы которых соединены с входами логических схем

ИЛИ, а индикаторы групп качества подключены к выходам последних.

Известное устройство позволяет производить контроль в том случае, если.между информативными и физическими -параметрами имеет место нелинейная связь. Это достигается тем, что устройство позволяет выделить в многомерном пространстве информа.тивных параметров участки, соответствующие различным группам качества. Настройка устройства, т.е. задание границ срабатывания .пороговых элементов, осуществляется, например, по итогам предварительных испытаний или в результате теоретических расчетов (2 ).

Однако для повышения точности контроля при наличии нескольких мешающих факторов необходимо увеличить число информативных параметров, но при этом резко возрастает число пороговых блоков и, следователь" но, сложность настройки устройства °

Некоторые из мешающих параметров имеют линейную связь с информативными параметрами. В этом случае отстройку от мешающих факторов можно упростить, тем самым повысив точность контроля.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Поставленная цель достйгается тем, что устройство для многопараметрового контроля качества материалов и изделий, содержащее последовательно соецйнейные генератор тока заданной формы .и преобразователь, блоки выделения информативных параметров, соединенные с выходом преобразователя, блоки пороговых элементов, логические схемы И или ИЛИ и регистраторы групп качества, выходы блоков пороговых элементов под1107037 ключены к входам логических схем И, выходы которых соединены с входами логических схем ИЛИ, а индикаторы групп качества подключены к выходам последних, снабжено генератором 5 двух сдвинутых на 90 опорных напряжений, осциллографическим индика.тором и узлами суммирования, общее число которых равно ((т-!) + (m-2) +

+,..., + (m-n)l, где m — число ин- !О формативных параметров, n — число параметров, линейно связанных с информативными параметрами, каждый узел суммирования имеет два сигнальных и два опорных входа, один сигнальный и два индикаторных выхода, причем опорные входы узлов суммирования подключены к выходам генератора двух сдвинутых на угол 90 опорных напряжений, индикаторные выходы узлов Ю суммирования — к входам осциллографи» ческого индикатора, узлы суммирования расположены и столбцами, причем в первом столбце содержится (m-1) узлов суммирования, во втором (m-2) узлов 25 суммирования, в п-м столбце — (в-и) узлов суммирования, сигнальные входы узлов суммирования первого столбца подключены к выходам блоков выделения информативных параметров, сиг- ЗО нальные выходы узлов суммирования первого столбца — к сигнальным входам узлов суммирования второго столбца, а сигнальные выходы узлов суммирования n-ro столбца соединены с входами блоков пороговых элементов.

Кроме того, узел суммирования выполнен в виде первого и второго модуляторов, сигнальный и опорный входы которых являются сигнальными и опор- 40 ными входами узла суммирования, сумматора, первого и второго синхронных детекторов, регулируемого фазовращателя и фазосдвигателя на угол 90 ячейки, выходы модуляторов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к сигнальным входам синхронных детекторов, опорный вход первого модулятора соединен с входом регулируемого фазоврацателя, выход которого подключен к входу фазосдвигающей на угол 90 ячейки, и с опорным входом первого синхронного детектора, выход которого является первым индикаторным выходом узла сум- 55 мирования, а выход фазосдвигающей на угол 90 ячейки подключен к опорному входу второго синхронного детектора, выход которого является вторым индикаторным выходом и сигнальным выходом узла суммирования.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для многопараметрового контроля качества материа.лов и изделий (контроль по четырем параметрам); на фиг. 2 - структурная схема узла суммирования.

Устройство для многопараметрового контроля качества материалов и изделий содержит последовательно соединенные генератор тока заданной формы и преобразователь 2, блоки 3-6 выделения информативньпс параметров, соединенные с выходом преобразователя, блоки 7-14 пороговых элемен- тов с регулируемыми нижними и верхними границами срабатывания, логические схемы И 15-18, логические схемы ИЛИ 19 и 20 и регистраторы

21 и 22 групп качества, выходы блоков 7-14 пороговых элементов подключены к входам логических схем

И 15-18, выходы которых соединены с входами логических схем ИЛИ 19 и 20, регистра-оры 21 и 22 групп качества подключены к выходам последних. Устройство содержит также генератор 23 двух сдвинутых на 90 опорных напряжений, осциллографический индикатор 24 и узлы 25-29 суммирования, опорные входы которых подключены к выходам генератб.— ра 23, двух сдвинутых на угол 90 опорных напряжений, индикаторные выходы узлов 25-29 суммирования подключены к входам осциллографического индикатора 24, узлы 25-29 суммирования расположены столбцами (25-27 — первый столбец, 28 и 29— второй столбец), сигнальные входы узлов 25-27 суммирования первого столбца подключены к выходам бло" ков 3-6 выделения информативных параметров, сигнальные выходы узлов 25-27 суммирования первого столбца подключены к сигнальным входам узлов 28 и 29 суммирования второго столбца, сигнальные выходы которых соединены с входами блоков

7-14 пороговых элементов.

Каждый из узлов 25-29 суммирования выполнен в виде первого и второго модуляторов 30 и 31 сумматора

32, первого и второго синхронных детекторов 33 и 34, регулируемого фазовращателя 35 и фазосдвигающей

1107037

5 на угол 90 ячейки 36, выходы.модуляторов 30 и 31 подключены к входам сумматора 32, выход которого подключен к сигнальным входам синхронных детекторов 33 и 34., опорный вход первого модулятора 30 соединен с входом регулируемого фазовращателя

35, выход которого подключен к входу фазосдвигающей на угол 90 ячейки 36 и с опорным входом первого синхронного детектора 33, выход фазосдвигающей на угол 90 ячейки

36 подключен к опорному входу второго синхронного детектора 34.

Устройство работает следующим образом (пример четырехпараметрового контроля).

С помощью специальных двухвходо1

, вых узлов 25-29 суммирования осу ществляется поочередное устранение мешающих факторов, причем в каждом йз узлов 25-29 суммирования посто- янные напряжения двух информативных параметров, преобразуются в два сдвинутых на 90 синусоидальных сигнала, затем эти сигналы суммируются, в результате чего формируется сигнал, амплитуда и начальная фаза которого характеризуют положение вектора в координатах двух информативных параметров. Затем осуществляется поворот координатных осей так, чтобы проекция приращения вектора, вызванного одним из мешающих факторов, на вертикальную ось равнялась нулю. Каждый узел

25-29 суммирования вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное проекциям вектора на вертикальную и горизонтальную оси, при этом напряжение вертикальной проекции является информативным сигналом и подлежит дальнейшей обработке, а напряжение горизонтальной проекции только индикаторным сигналом и служит для облегчения процесса настройки.

Выбором положения координатных осей узлов 25-29 суммирования первого столбца добиваются устранения влияния одного из мешающих факторов, .имеющего линейную связь с информативными параметрами, во втором столбце устраняется влияние второго мешающего фактора и т.д. После устранения влияния всех мешающих факторов, линейно связанных с информативными параметрами, сигнаЛы узло !Я и 29 суммирования последн :.. .олбца поступают на дальнейшую обработку, в результате чего осуществляется определение какой из областей многомерного пространства информативных параметров соответствуют информативные параметры контролируемого изделия.

Генератор 1 нагружается на преобразователь 2, который взаимодейс"гвует с контролируемым изделием.

Выходной сигнал преобразователя содержит информацию о качестве конт15 ролируемого изделия.

Сигнал преобразователя поступает на блоки 3-6 выделения информативных параметров. Эти .блоки вырабатывают постоянные напряжения, про20 порциональные соответствующим информативным параметрам С„, С, С

С . Пусть четыре информативных параметра зависят от четырех физических параметров Р, Р, Р, Р, 24(4

ЗО С з = а, Р„+ аъгР + f (P) +

3 4(Р 4 = а4.„Р, + а гРг + f„(Pз)

+4, + 9

35 И 12 где а а„ ... а4.г — постоянные коэфФ фициенты, связывающие параметpb> Р. P>, nop.". лежащие устране"

40 нию, с информативными парамет рами С„, С, С,, г

С4

f< Ä и ... и - нелинейные функции, связывающие физические параметры Р> подлежащие контролю, с инфор50 мативными.

Выходные напряжения блоков 3-6 выделения параметров попарно (С и С4, С и С „ С и C4) поступают

4 м на входй узлов 25-27 йервого столб55 ца, в которых осуществляется опера ция устранения влияния параметра P> .

Это достигается путем поворота координатных осей (например, С„ и С+

)07037

7 1 в узле 25 суммирования). При этом добиваются, чтобы вертикальная проекция от приращения вектора равнял ас ь нулю.

Для упрощения контроля за выполнением этой операции используется ос циллографический индикатор 24, на вертикальные пластины которого подается напряжение вертикальной, а на горизонтальные — горизонтальной составляющей приращения сигнала, сформированного в узле 25 суммирования.

Также настраиваются остальные уз лы 26 и 27 суммирования первого столбца. Выходные -сигналы узлов

25"27 первого столбца С С С

2 3 зависят только от трех физических параметров Р2, P5, Р Напряжения

С„, С, С пойарно поступают на вхог з дй узлов суммирования 28 и 29 второго столбца, где осуществляется операция устранения второго мешающего параметра Р2 . Выходные напряжения узлов 28 и 29 суммирования второго столбца С „ и С " зависят от

2 параметров P и Р, определяющих з качество материала или изделия.

С выходов узлов 28 и 29 последнего столбца напряжения C и С2

1 .поступают на входы блоков 7-14 по- роговых элемейтов с регулируемыми при настройке верхними (C„» C2 )

26 и нижними (С1, С 24) границами срабатывания, Блок пороговых элементов, например блок 7, вырабатывает логический сигнал "ДА.", если полу" ченное на контролируемом изделии значение С „ лежит межцу нижней С:, и верхней С„ границами срабатыва ния, т.е. выполняется неравенство.

If . С „ С„(С . При невыполнении этого неравенства блок 7 вырабатывает логический сигнал "НЕТ". Аналогично этому блок 8 пороговых элементов вырабатывает -сигнал "ДА", если выполняется неравенство

С.2н (С2 (Czg

Сигналы с блоков 7-14 пороговых элементов поступают на логические элементы И 15- l8, Логический элемент

И, например элемент И 15, вырабатывает сигнал "ДА", если сигнал "ДА вырабатывают блоки 7 и 8 пороговых элементов.

С выходов логических элементов

И 15-18 сигналы поступают на входы логических элементов ИЛИ 19 и 20, 8 число которых равно числу групп качества, на которые сортируются контролируемые изделия.

Элементы ИЛИ 19 и 20 вырабатывают сигнал "ДА", если сигнал "ДА" вырабатывает хотя бы один из элементов И, присоединенный к их входам.

С выходов элементов ИЛИ 19 и 20 сигналы поступают на регистраторы

1о 21 и 22 (световые,. звуксвые или механические), по сигналам которых осуществляется сортировка изделий.

Сигнал "ДА", например, на выходе элемента ИЛИ 19 вызывает срабатыва15 ние регистратора 21.

Узел суммирования, например, узел суммирования 25 (фиг. 2), работает следующим образом.

На сигнальные входы А и Б подают2О ся постоянные напряжения информативных параметров С и С . На опорные входы В и Г подаются с генератора 23 опорных напряжений два напряжения с начальными фазами соот25 ветственно 0 и 90О. Модуляторы 30 . и 31 вырабатывают синусоидальные напряжения

Ъ

V,4 СФИ V, С 2 =ЗС„ eo °

c BbIKogoB модуляторов 30 H 31 9TH напряжения поступают на сумматор 32, где осуществляется их сложение.

Выходное напряжение сумматора

Vr = Чм+ 7+3 - СФ+ jC„.

Пусть параметр Р„получает прира- . щение йР и остальные параметры ос", таются измененныж, тогда выходнОе напр яжение сумматора 32 получа)е приращение 5 V>

40 ас . 1" = — p +j — ЛР =aV

1 а „1 аР„

f где 3V> — модуль приращения сигнала сумматора;

9 — угол Мещду направлениями

I вектора аЧ и координат ной осью С+.

Мгновенное значенйе этого сигна5 > ла DV> = >V

Операция вращения координатных осей С, С осуществляется с помоФ щью двух синхронных детекторов

33 и 34, регулируемого фазовращателя 35 и фазосдвигающей на угол 90 ячейки 36. Напряжение V .ïoñòóïàåò на сигнальные входы синхронных детекторов 33 и 34. На вход регулируемого фазовращателя 35 опорное напряжение поступает с входа В узла суммирования, т.е. без начального фазового сдвига. Фазовый сдвиг регулируемого фазовращателя равен

М, его выходчюе напряженир поступает на опорный вход синхронного детектора 33 и на вход фазосдвигающей на угол 90 ячейки 36, выходное напряжение которой имеет начальную Фазу (4 + 90 ). Это напряжение поступает на опорный вход детектора 34, выходное напряжение ка" торого имеет вид

Ч КЧв с аз (fs — } о(,), сА где К вЂ” постоянная передачи детектора;

Ч вЂ” амплитуда входного напряsx жения;

9 „ " начальная фаза входного напряжения(М д — начальная фаза опорного напряжения, Приращения выходных напряжений

6V и ЬV синхронных детекторов

93

d}V3 -- k 5VX cos (YX — Vó)

= kdV

dV + = kd V+ cosfQ - (} +90 )

= О.

Таким образом, при выбранном направлении координатных осей вертикальная проекция приращения сигнала, вызванная изменением парамет" ра Р, обращается s нуль.

Выходное напряжение синхронного детектора 34 является сигнальным

0 и индикаторным Ж выходами узла суммирования. Выходное напряжение синхронного детектора 33 поступает

07037 10 только на индикаторный выход Е узла суммирования. Причем на выход

Е поступает напряжение горизонтальной, à «а выход D — вертикальной проекции приращением суммарного

I сигнала, повернутой на угол - системы координат С„, С

Работа остальйых узлов 26-29 суммирования осуществляется аналогично.

В качестве примера рассмотрим случай сортировки ферромагнитных изделий по твердости. Небольшие изменения диаметра в пределах допусков на размеры и изменения электропроводности в пределах марки стали линейно связаны с информативными «араме рами. Изменение содержания углерода в пределах марки стали и твердости в пределах техноло20 гии термообработки связаны с информативными параметрами нелинейно.

Поэтому влияние диаметра и электропроводностн на результаты контроля устраняются в первом и втором столбцах узлов 25-29 суммирования, после чего сигналы с выходов уз лов 28 и 29 суммирования последнего столбца поступают на блоки 7-14 пороговых элементов. Блоки 7-14 поЗО роговых элементов, логические схемы И 15-18 и ИЛИ 19 и 20 и индикаторы 21 и 22 групп качества обеспечивают сортировку изделий на группы качества "Мягко", "Твердо", и

"Норма".

Предлагаемое устройство для многопараметровога контроля качества материалов и изделий позволяет повысить точность контроля, поскольку обеспечивает упрощение отстройки от мешающих факторов.

1107037

Рие. 1

ИНДИИ Заказ 5749/30 ТиРам 623 Подписное

Фнпиал ППП "йетеит" ° г» Уагород, уп.Проехтаая,4