Устройство для неразрушающего контроля изделий

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины покрытий или качества материалов. Цель изобретения - повышение точности контроля изделий и расширение диапазона измерений. В устройстве использованы два измерительных канала, каждый из которых включает автогенератор , вихретоковый преобразователь, компенсатор, усилитель, который через .фильтр подключен к блоку обработки сигналов. Сигналы с выхода блоков обработки сигналов обоих каналов являются функциями параметров изделий и,.кроме того, имеют одинаковую функциональную зависимость :от электромагнитных свойств изделий. Для устранения влияния свойств электромагнитного основания использованы два сумматора, подключенные к выходам блоков обработки сигналов, причем коэффициенты суммирования сумматоров выбраны с учетом чувствительностей каналов к толщине. В результате на выходе делителя, связанного с сумматорами, регистрируется сигнал, не зависящий от изменения электромагнитных свойств изделий. I ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 01 М 27/90 С - „ /З:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ",;... Ж

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . i (21) 3759317/25-28 (22) 19.06.84 (46) 07.04.86. Бюл. II- IÇ (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт ,(72) 1().Я.Останин (53) 620.179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 257114, кл. G 01 N 27/90, 1969.

Авторское свидетельство СССР

В 905620, кл. G 01 N 27/90, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 932206, кл. С 01 N 27/90, 1982. ,(прототип) . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО .КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ (57} Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля толщи.ны покрытий или качества материалов.

Цель изобретения — повышение точности контроля изделий и расширение диапазона измерений. В устройстве использованы два измерительных канала, каждый из которых включает автогенератор, вихретоковый преобразователь, компенсатор, усилитель, который через,фильтр подключен к блоку обработки сигналов. Сигналы с выхода .блоков обработки сигналов обоих каналов являются функциями параметров иэделий и,,кроме того, имеют одинаковую функциональную зависимость от электромагнитных свойств изделий.

Для устранения влияния свойств элект-. ромагнитного основания использованы два сумматора, подключенные к выходам блоков обработки сигналов, причем коэффициенты суммирования сумматоров выбраны с учетом чувствительностей каналов к толщине. В результате на выходе делителя, связанного с сумматорами, регистрируется сигнал, не зависящий от изменения электромагнитных свойств изделий. I ил.

1223

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно неразрушающнм методам нихретокового контроля качества промышленной продукции по ее геометрическим пара метрам или физико-химическим свойствам, н может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства где применяются иэделия нз металлов или других электропроводящих матери- 1О алов, а также изделия, имеющие составные части из таких материалов.

Целью изобретения является повышение точности контроля и расширение диапазона контролируемых пара- 15 метров за счет отстройки от неконтролируемых параметров.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для не-: разрушающего кбнтроля. 20

Устройство для неразрушающего контроля изделий содержит два измерительных канала I и 2, работающих на разных частотах.

° Каждый из каналов состоит из после- 25 довательно соединенных автогенераторов 3 и 4, вихретоковых преобраэовате° лей 5 и 6 с подключенными компенсаторами 7 и 8, усилителей 9 и 10, фильтров II и 12 и блоков 13 и 14 30 обработки сигналов, вторые входы которых подключены к вторым выходам автогенераторов 3 и 4. Кроме того, устройство содержит сумматоры 15 и

16, первые и вторые входы которых под-З ключены к выходам блоков 13 и 14 обработки сигналов, блок 17 деле- ния, вход делимого которого подклю"; чен к выходу сумматора 15, а вход делителя — к выходу сумматора 16, и индикатор 18, вход которого подключен к вь!ходу блока 17 деления.

Устройство работает следующим образом.

Автогенераторы 3 и 4 создают в преобразователях 5 и 6 и компенсаторах 7 и 8 электрический ток необходимой частоты и амплитуды. Кроме то-: го, автогенераторы 3 н 4 соединены с блоками 13 и 14 обработки сигналов для подачи, если необходимо, опорных сигналов.

Вихретоковые преобразователи 5 и 6 взаимодействуют с изделием 19 и преобразуют информацию о нем в параметры электрических сигналов. Компенсаторы 7 и 8 обеспечивают требуемую зависимость выходных резуль131 2 тирующих сигналов от параметров изделия 19.Через усилители 9 и 10 и фильтры 11 и 12 сигналы передаются к блокам 13 и 14 обработки сигналов. Последние осуществляют первичную переработку электрических. сигналов и являются фазочувствительными устройствами или амплитудными детекторами, создающими с учетом опорного сигнала автогенераторов 3 -н 4 выходные сигналы в аналоговой или цифровой форме, пригодные для использования их вычислительным устройством, куда входят сумматоры 15 и 16 и блок 17 деления.

Рабочие частоты каналов 1 и 2 и радиусы вихретоковых преобразователей 5 и 6 выбраны из соотношений, обеспечивающих идентичность влияния мешающих измерениям Факторов

91 и1 11 о. Р ь и2 f,! о l и в2 с (hÄ+4Ä,)!)й,, а„=(„° л„)/)а,,к.,:с, где индексы 1 и 2 относятся к каналам 1 и 2. Константы С, C и С выбираются в зависимости от решаемой контрольно-измерительной задачи. Так, при измерении толщины диэлектрических покрытий константу С„ выбирают максимально возможной величины (1000 и более), что снижает погреш- ность от изменений электромагнитных свойств основания. При контроле удель Ф ной электрической проводимости С выбирают от 10 до.50, где достигается максимальная чувствительность к удельной электрическЬй проводимости. При контроле ферромагнитного из-. делия и значении магнитной проницаемости ферромагнитной части иэделия более 100 константу С выбирают от

0,5 до 3, когда достигается максимум чувствительности к магнитной проницаемости. Константы С .и С

i выбирают .с учетом геометрических факторов. При контроле толщины диэлектрических покрытий С выбирают от

1,3 до 2, что обеспечивает пониженное . влияние перекосов и изменений кривизны поверхности изделия. Величину

С.1 выбирают так, чтобы чувствительность к зазору была наибольшей, что при указанных значениях С соответ 2 ствует Сз от 0,3 до 1, когда наблюдается также участок с линейной зависимостью приращения модуля выходного напряжения внхретокового пре1223131 4 ватель — компенсатор в этом случае для каналов и 2 могут быть записаны следующим образом: щ М1О ЫК и1 2

Кроме того, требование выбора одинаковых условий контроля распространяется и на другие контрольно-измерительные задачи, а также и на дру .гие типы вихретоковых преобразователей (проходные, комбинированные и т.д.), отличие состоит лишь в конкретных значениях выбираемых констант

С1,С и Сз.

Устройство на примере контроля толщины диэлектрического покрытия при изменениях электромагнитных свойств основания контролируемого иэделия работает следующим образом. В этом случае каналы 1 и 2 работают на различных частотах f„a f (f<(f ), причем частота f выбрана по возмож2 ности большой, но ее значение ограничено общими соображениями конструктивного и метрологического порядка.

Обмотки вихретоковых преобразователей имеют радиусы, заданные выбранными константами С,1, С и С . Компенсаторы 7 и 8 в этом случае изготавливают так, чтобы при отсутствии контролируемого изделия 19 выходное напряжение системы вихретоковый преобразователь — компенсатор равнялось нулю.

Тогда при помещении изделия 19 в зону контроля приращение амплитуды выходного напряжения пропорционально толщине покрытия изделия (так как это соответствует малому изменению зазора), а изменение электромагнйтных свойств основания изделия проявляется одинаково в обоих каналах ввиду идентичности электрофизических ,условий их работы. Напряжения на выходе системы вихретоковый преобразо20 образователя от зазора или толщины плохо проводящего покрытия наибольшей длины. Условия выбора констант

С„, С д и Сз можно использовать не только для выбора параметров вихретоковых преобразователей 5 и 6, но и для компенсаторов 7 и 8, варьируя при этом относительно соответствующего преобразователя значения параметров обмоток или образцов, размещаемых около них. Например,для первого канала

U, = U„„(1+K Ь) ч(,g );

U = Uz,(1+Ê,b) +(p,b ), где И и 11„ — максимально возможные и, напряжения, получае10 мые на выходе вихретоковых преобразователей (т.е. при внесении в зону контроля изделия с ч = 1 и о

15 = ) °

К „ и К вЂ” коэффициенты, характеризующие чувствительность вихретоковых преобразователей к толщине покрытия b 1 (!,6) — комплексная величина, характеризующая влияние магнитной проницаемости и удельной

25 электрической проводимости основания.

Так как Г „ ф f,. радиусы обмоток преобразователей 5 и 6 будут различны и К 1 4 К, то U и Ц по разному зависят от абсолютных приращений зазора и значит несут информацию о толщине покрытия, которая может быть выделена независимо от электромагнитных свойств основания изделия.

В то же время идентичность условий

35 работы каналов (сохранение для них соотношений с константами С1, С и

С ) обеспечивает одинаковую функциональную зависимость их от электро40 магнитных свойств изделий при широком диапазоне их изменений. Это позволяет снизить погрешность измерений толщины покрытия от изменений электромагнитных свойств основания, по45 строив соответствующим образом упомянутое вычислительное устройство.

Усилители 9 и 1О и фильтры ll u

12 увеличивают напряжения U u U по амплитуде до необходимых значений и выделяют составляющую частоты своего канала. Блоки 13 и 14 обработки сигналов в данном случае выделя,1ют сигнал, пропорциональный модулю напряжений 11„ и Ц, причем в про55 стейшем варианте эти блоки являются выпрямителями. Тогда на их вы.ходах получают два сигнала (ток, напряжение, а в более сложном вариан1223131 те — сигналы в виде цифрового кода), связанные с параметрами изделия

А = K3 LUì I (1+К1Ь) 1 (1 6)

А 2 = Кц 11-1м (1+К Ь) Ч (1,6), А, 35

А„

К1

К,1 Он2ЦЧ (4, 6Я кц 0м2 I+ (1 6)

В последнем выражении величина 1 (1 1, e ) сокращается и влияние свойств электромагнитного основания устраняется. Таким образом, выбрав коэффициенты суммирования с учетом чувствительностей каналов к толщине, получаем 1 ц . м21

А

" K I Uм11 x„I 0„, 40

A2C g -A„Ñ

Д, С,-A,С® где С и.С вЂ” коэффициенты суммирования сумматора 15;

С и С вЂ” коэффициенты суммирования сумматора 16.

Аналогично описанному работает устройство при измерении электромаг- . нитных параметров плохо проводящих

55 где К и К„ — коэффициенты преобразования усилителя, фильтра и блока об- 10 работки сигналов соответствующего канала.

Если теперь сигналы А „ и А подать на сумматор и на блок деления, то получаемый сигнал на выходе блока деления не будет зависеть от электромагнитных свойств изделия, íî saвисимость выходного сигнала от толщины покрытия будет гиперболической, что делает необходимым установку 20 линеаризатора, который вносит дополнительную погрешность и должен создаваться под конкретный диапазон измеряемых толщин, что также увеличивает погрешность и сужает диапазон 25 измерений.

В предлагаемом устройстве использовано два сумматора, коэффициенты суммирования которых определяются после решения относительно Ь выраже- 30 иий для сигналов А „ и А . В итоге получаем

А 2 к„1О „,Н У(1,6)! к, IU„„I I × (6 У") покрытий. Предложенный вариант выбора одинаковых условий контроля для обоих каналов или для преобразователя и компенсатора может быть реализован для еще более широкого круга контрольно-измерительных задач, в частности при контроле электромагнитных параметров различных монолитных и слоистых иэделий.

Формула изобретения

В, R„ f>„S/ц, = С,, В/ Ц "2 (h, + ц.) R, . = с „ где Re, Ö„ средний радиус или дру-, гой характерный размер возбуждающей или измерительной обмотки преобразователя, м; частота тока возбуждеI ния преобразователя, Гц; магнитная постоянная, г/м; удельная электрическая . проводимость материала изделияр см/м

p,=4Я О

1О - относительная магнитная проницаемость материала изделия;

Устройство для неразрушающего контроля изделий, содержащее два измерительных канала, каждый.из которых выполнен в виде автогенератора, подключенных к нему вихретокового преобразователя и компеисатора, подключенных к их выходам последовательно соединенных усилителя, фильтра и блока обработки сигналов, другой вход которого соединен с автогенератором, сумматор, подключенный к выходам блоков обработки. сигналов, и соединенный с сумматором входом делимого блок деления, к выходу которого подключен индикатор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повы-,. шения точности контроля и расширения диапазона контролируемых параметров, оно снабжено дополнительным сумматором, входы которого соединены с выходами обоих блоков обработки сигналов, выход — с входом делителя блока деления, а параметры преобразователей и каналов выбраны из соотношений

1223131

Составитель В.Арбузов Редактор Л.Гратилло Техред р.Сопко Корректор А. Обручар

Заказ )706/47. Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 — кратчайшие расстояния от центра соответствующей обмотки до рабочей поверхности. преобразователя, м;

С„, С, С вЂ” константы, выбираемые в . зависимости от диапазона изменения контролируемых параметров °