RU2082159C1

RU2082159C1 - Device for nondestructive test of metals

Info

Publication number: RU2082159C1
Application number: RU9393025542A
Authority: RU
Inventors: В.П. Алексеев; М.В. Лоханин; А.В. Почекуев; В.И. Ярмоленко
Original assignee: Ярославский государственный университет
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1997-06-20

Abstract

FIELD: nondestructive testing of quality of metals, inspection of microcracks. SUBSTANCE: proposed device has tolerance comparator connected with input to output of phase detector, logic unit and drive connected in series. Drive is designed for actuator of machine. Device also includes two indicators of number of manufactured and rejected articles which are connected with inputs to proper outputs of logic unit. Measurement channel is manufactured in the form of attenuator and first amplifier connected in series (the latter being connected to first winding of first eddy current converter) and first amplifier-former connected with input to second winding of first eddy current converter and with output - to first input of phase detector. Channel for formation of standard signal is made in the form of phase inverter and second amplifier placed in series and connected to first winding of second eddy current converter and second amplifier- former connected with input to second winding of second eddy current converter and with output - to second input of phase detector. Output of generator of sinusoidal oscillations is connected to input of attenuator. EFFECT: enhanced operational efficiency and reliability of device. 12 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества металлов и может быть использовано для контроля микротрещин, волосивин материалов или локальной неоднородности по составу конструкционных сталей, латуней, меди нержавеющей стали. The invention relates to non-destructive quality control of metals and can be used to control microcracks, hairivin materials or local heterogeneity in the composition of structural steels, brass, copper, stainless steel.

Известное устройство для неразрушающего контроля элеткропроводящших изделий, в котором рассматривается повышение достоверности за счет выделения дополнительной информации о типах обнаруживаемых дефектов. Данное устройство не может извлекать дефектные участки материалов в непрерывном технологическом процессе [1]
Известен также вихретоковый структуроскоп [2] содержащий генератор, усилитель мощности, измерительный канал, док вычитания, усилитель постоянного тока и индикатор, канал формирования образцового напряжения, включенный между выходом усилителя мощности и вторым входом блока вычитания, измерительный канал и канал формирования образцового напряжения выполнены идентичными и содержат последовательно соединенные вихретоковый преобразователь, компенсатор переменного напряжения, усилитель, фазочувствительный детектор и усилитель постоянного тока, фазовращатель, включенный между выходом генератора и опорным входом фазочувствительного детектора.A known device for non-destructive testing of electrically conductive products, which considers the increase in reliability by highlighting additional information about the types of detected defects. This device can not remove defective areas of materials in a continuous process [1]
Also known is a eddy current structureoscope [2] containing a generator, a power amplifier, a measuring channel, a subtraction dock, a DC amplifier and an indicator, a reference voltage generation channel connected between the output of the power amplifier and the second input of the subtraction unit, the measurement channel and the reference voltage generation channel are identical and contain a series-connected eddy current transducer, an AC voltage compensator, an amplifier, a phase-sensitive detector, and a constant-current amplifier oh current, a phase shifter connected between the output of the generator and the reference input of the phase-sensitive detector.

Однако известный вихретоковый структуроскоп не извлекает дефектные участки (проволочных, прутковых) материалов в непрерывном технологическом процессе. However, the known eddy current structureoscope does not extract defective sections of (wire, rod) materials in a continuous process.

Для повышения производительности и достоверности контроля в прибор неразрушающего контроля, содержащий генератор синусоидальных колебаний, измерительный канал, включающий первый выхретоковый преобразователь первый усилитель, канал формирования образцового сигнала, включающий фазовращатель, входом соединенный с выходом генератора синусоидальных колебаний, второй вихретоковый преобразователь и второй усилитель, и фазовый детектор, введены последовательно соединенный допусковый компаратор, входом соединенный с выходом фазового детектора, логическое устройство и привод и два индикатора количества соответственно изготовленных и отбракованных изделий, входами соединенные с соответствующими выходами логического устройства. Измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных аттенюатора и первого усилителя, соединенного с первой обмоткой первого вихретокового преобразователя, и первого усилителя-формирователя, входом соединенного со второй обмоткой первого вихретокового преобразователя, а выходом с первым входом фазового детектора, а канал формирования образцового сигнала выполнен в виде последовательно соединенных фазовращателя и второго усилителя, соединенного с первой обмоткой второго вихретокового преобразователя и второго усилителя-формирователя, входом соединенного со второй обмоткой второго вихретокового преобразователя, а выходом со вторым входом фазового детектора, а выход генератора синусоидальных колебаний соединен со входом аттенюатора. To increase the productivity and reliability of the control, a non-destructive testing device comprising a sinusoidal oscillation generator, a measuring channel including a first output current converter, a first amplifier, a model signal generation channel including a phase shifter connected in input to the output of a sinusoidal oscillation generator, a second eddy current converter and a second amplifier, and phase detector, a tolerance comparator connected in series, input connected to the output of the phase de a tractor, a logical device and a drive, and two indicators of the number of manufactured and rejected products, respectively, with inputs connected to the corresponding outputs of the logical device. The measuring channel is made in the form of a series-connected attenuator and a first amplifier connected to the first winding of the first eddy current transducer and a first driver amplifier, an input connected to the second winding of the first eddy current transducer, and an output with the first input of the phase detector, and the channel for generating the model signal is made in in the form of a series-connected phase shifter and a second amplifier connected to the first winding of the second eddy current transducer and the second amplifier I-shaper, the input connected to the second winding of the second eddy current transducer, and the output to the second input of the phase detector, and the output of the sinusoidal oscillator connected to the input of the attenuator.

Введенные аттенюатор, второй усилитель, вихретоковый преобразователь, усилитель-формирователь, позволяющий выровнять амплитуды и фазы напряжений на первом и втором входах фазового детектора при регулировании прибора. В рабочем режиме прибора амплитуды напряжений на входах фазового детектора будут одинаковыми, а разность фаз пропорциональна величине искажения электрического поля в исследуемом материале, что позволяет реализовать дифференциальный метод измерения в один вихретоковый преобразователь вставляется эталонная проволока, а через другой пропускается контролируемый материал (проволока). Наличие дефектов в контролируемом материале проявляется в изменении поля, что в итоге сказывается на величине разности фаз напряжений с выходов вихретоковых преобразователей. Introduced attenuator, second amplifier, eddy current transducer, amplifier-driver, which allows to equalize the amplitudes and phases of the voltages at the first and second inputs of the phase detector when regulating the device. In the operating mode of the device, the voltage amplitudes at the inputs of the phase detector will be the same, and the phase difference is proportional to the distortion of the electric field in the material under study, which allows the implementation of the differential measurement method to insert a reference wire into one eddy current transducer, and the controlled material (wire) is passed through another. The presence of defects in the controlled material is manifested in a change in the field, which ultimately affects the magnitude of the phase difference of the voltages from the outputs of the eddy current transducers.

Кроме того, наличие дефектов в контролируемом материале связано с исполнительным механизмом, работа которого вписывается в непрерывный технологический процесс. In addition, the presence of defects in the controlled material is associated with the actuator, the work of which fits into the continuous technological process.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2 представлен цикл навивки пружин; на фиг. 3-12 приведены принципиальные электрические схемы отдельных блоков прибора: фиг. 3 генератор синусоидальный колебаний 1, фиг. 4 аттенюатор 2, фиг. 5 фазовращатель 6, фиг. 6 усилители-формирователи 3,7, фиг. 7 фазовый детектор 10, фиг. 8 - допусковый компаратор 11, фиг. 9 логическое устройство 12, фиг. 10 - устройства индикации количества изготовленных изделий 12 и отбракованных 14 соответственно, фиг. 11 вихретоковые преобразователи 4, 8, фиг. 12- привод исполнительного механизма 15. In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device; in FIG. 2 shows a coil winding cycle; in FIG. 3-12 are circuit diagrams of the individual units of the device: FIG. 3 a sinusoidal oscillation generator 1, FIG. 4 attenuator 2, FIG. 5 phase shifter 6, FIG. 6 shaper amplifiers 3.7, FIG. 7 phase detector 10, FIG. 8 - tolerance comparator 11, FIG. 9 logical device 12, FIG. 10 - devices for indicating the number of manufactured products 12 and rejected 14, respectively, FIG. 11 eddy current transducers 4, 8, FIG. 12 - actuator actuator 15.

Принципиальные схемы блоков используют серийные микросхемы, конденсаторы, сопротивления. Schematic diagrams of blocks use serial microcircuits, capacitors, resistances.

Прибор для неразрушающего контроля содержит генератор синусоидальных колебаний 1, первый выход которого соединен с входом измерительного канала, представляющего собой последовательно соединенные аттенюатор 2, первый делитель 3, подключенный к первой обмотке первого преобразователя 4 и первого усилителя-формирователя 5, входом соединенного со второй обмоткой вихретокового преобразователя 4, а второй выход генератора 1 соединен с входом канала формирования образцового сигнала, включающего последовательно соединенные фазовращатель 6, второй усилитель 7, подключенный ко второй обмотке второго вихретокового преобразователя 8, второй усилитель-формирователь 9, входом включенный со второй обмоткой второго вихретокового преобразователя 8. Выходы первого 5 и второго 9 усилителей-формирователей соединены с первым и вторым входом фазового детектора соответственно, выход которого подключен к последовательно соединенными допусковому компаратору 11, логическому устройству 12 и приводу 15, предназначенному для связи с исполнительным механизмом станка и двумя индикаторами количества соответственно изготовленных 13 и отбракованных изделий 14, входами соединенными с соответствующими выходами логического устройства 12. The device for non-destructive testing comprises a sinusoidal oscillation generator 1, the first output of which is connected to the input of the measuring channel, which is an attenuator 2 connected in series, the first divider 3, connected to the first winding of the first transducer 4 and the first amplifier-former 5, the input connected to the second winding of the eddy current converter 4, and the second output of the generator 1 is connected to the input of the channel for the formation of a model signal, including a series-connected phase shifter 6, W a swarm amplifier 7 connected to the second winding of the second eddy current transducer 8, a second driver amplifier 9, an input connected to the second winding of the second eddy current converter 8. The outputs of the first 5 and second 9 amplifiers-shapers are connected to the first and second input of the phase detector, respectively, the output of which connected to a serial tolerance comparator 11, a logical device 12 and a drive 15, designed to communicate with the actuator of the machine and two quantity indicators and respectively manufactured 13 and rejected products 14, inputs connected to the corresponding outputs of the logical device 12.

Прибор для неразрушающего контроля работает следующим образом. С генератора 1 через аттенюатор 2 синусоидальный сигнал усиливается первым усилителем 3. Усиленный по току сигнал поступает на первую обмотку первого вихретокового преобразователя (ВТП). Со вторичной обмотки первого ВТП 4 сигнал поступает на вход первого усилителя-формирователя 5. ВТП 4 представляет собой две катушки индуктивности, через отверстия которых проходит контролируемая проволока (пруток). Наличие дефектов проволоки искажает магнитное поле катушки, что сказывается на изменении фазы сигнала на выходе первого усилителя-формирователя 5. The device for non-destructive testing works as follows. From the generator 1, through the attenuator 2, the sinusoidal signal is amplified by the first amplifier 3. The current-amplified signal is fed to the first winding of the first eddy current transducer (ETC). From the secondary winding of the first VTP 4, the signal is fed to the input of the first amplifier-former 5. VTP 4 consists of two inductors, through the openings of which a controlled wire (bar) passes. The presence of wire defects distorts the magnetic field of the coil, which affects the phase change of the signal at the output of the first amplifier-shaper 5.

Со второго выхода генератора 1 на канал формирования образцового сигнала через фазовращатель 6 синусоидальный сигнал поступает на усилитель 7. Усиленный по току сигнал поступает на первую обмотку второго ВТП 8.Со вторичной обмотки ВТП 8 сигнал поступает на вход второго усилителя-формирователя 9, ВТП 8 аналогичен ВТП 4. В отверстие ВТП 8 помещается эталонная (без дефектов) проволока. From the second output of the generator 1 to the channel for generating the model signal through the phase shifter 6, the sinusoidal signal is supplied to the amplifier 7. The signal amplified by current is fed to the first winding of the second high-voltage transformer 8. From the secondary winding of the high-voltage transformer 8 the signal is fed to the input of the second amplifier-former 9, high-voltage transformer 8 ECP 4. In the hole of ECP 8 is placed the reference (without defects) wire.

Магнитное поле катушек ВТП 8 не искажается. The magnetic field of the VTP 8 coils is not distorted.

Аттенюатор 2 служит для регулировки уровня синусоидального сигнала в измерительном канале. А фазовращатель 6 служит для регулировки фазы сигнала в канале формирования образцового сигнала. Attenuator 2 is used to adjust the level of the sinusoidal signal in the measuring channel. And the phase shifter 6 is used to adjust the phase of the signal in the channel forming the reference signal.

С выходов усилителей-формирователей 5 и 9 сигналы с разными фазами поступают на первый и второй входы фазового детектора 10. При наличии разности фаз на входе, на выходе фазового детектора 10 формируется сигнал. Если этот сигнал выходит за установленные уровни, на выходе компаратора 11 появляется сигнал "дефект". При наличии сигнала "дефект" логическое устройство 12 по сигналу синхронизации формирует сигнал "брак", поступает на привод исполнительного механизма. From the outputs of the amplifier-shapers 5 and 9, signals with different phases are fed to the first and second inputs of the phase detector 10. If there is a phase difference at the input, a signal is generated at the output of the phase detector 10. If this signal goes beyond the set levels, the signal "defect" appears at the output of the comparator 11. In the presence of a “defect” signal, the logic device 12 generates a “reject” signal from the synchronization signal and is supplied to the actuator drive.

Логическое устройство 12 формирует также сигналы для индикации количества изготовленных изделий и количества бракованных изделий. Logic device 12 also generates signals to indicate the number of manufactured products and the number of defective products.

Вихретоковые преобразователи 4 и 8 конструктивно выполнены в виде выносного датчика, который устанавливается на станке таким образом, чтобы контролируемая проволока (пруток) проходила через ВТП 4. Eddy current transducers 4 and 8 are structurally made in the form of an external sensor, which is installed on the machine so that the controlled wire (bar) passes through the ECP 4.

В ВТП 8 находится бездефектная проволока (пруток), выполняющая роль эталонного материала. In VTP 8 there is a defect-free wire (bar), which acts as a reference material.

При этом датчик не может быть расположен в непосредственной близости от узла навивки пружин (обработки прутка), поэтому в каждую пружину (пруток) входит участок проволоки (прутка) проконтролированный на предыдущем такте участке и участок, проконтролированный на текущем такте. In this case, the sensor cannot be located in the immediate vicinity of the coil winding unit (bar processing), therefore, each spring (bar) includes a section of wire (bar) section that was checked at the previous bar and section that was checked at the current bar.

Отбраковка производится, если сигнал "дефект" имеется в начале текущего такта или в конце предыдущего такта, т.к. при этом дефектный участок проволоки (пруток) находится в той же пружине (прутке), которую отбракуют. При поступлении сигнала "дефект" в конце текущего такта отбраковке подлежит не изготовленная, а следующая пружина. Цикл навивки пружин показан на фиг. 2. Rejection is made if the signal "defect" is at the beginning of the current measure or at the end of the previous measure, because in this case, the defective portion of the wire (bar) is in the same spring (bar), which is rejected. When a “defect” signal arrives at the end of the current measure, the next spring, not manufactured, should be rejected. The coil winding cycle is shown in FIG. 2.

На отрезках времени (A_N B_N) происходит подача проволоки в навивающий узел и навивка пружин. А на отрезке (B_N-1 A_N) проволока неподвижна.At the time intervals (A _N B _N ), the wire is fed into the winding unit and the winding of the springs. And on the segment (B _N-1 A _N ) the wire is motionless.

Обрубание пружины происходит в моменты времени Т. В те же моменты на прибор поступают сигналы синхронизации. При наличии сигнала "дефект" логическое устройство 12 по сигналу синхронизации формирует сигнал "Брак", поступающий на привод исполнительного механизма и на сам исполнительный механизм станка. The spring is chopped off at times T. At the same times, synchronization signals arrive at the device. In the presence of a “defect” signal, the logical device 12 generates a “Marriage” signal from the synchronization signal, which is transmitted to the actuator drive and to the machine actuator itself.

В момент T_N обрубается пружина, содержащая участка проволоки, которые прошли через датчик на отрезке (τ_N-1B_N-1) и (A_Nτ_N). При наличии сигнала "дефект" на отрезке времени (τ_N-1τ_N) логическое устройство 12 формирует из синхроимпульса, поступающего в момент T_N, начало сигнала "брак".At time T _N , a spring is cut off containing a portion of wire that has passed through the sensor in the segment (τ _N-1 B _N-1 ) and (A _N τ _N ). In the presence of a “defect” signal in the time interval (τ _{N − 1} τ _N ), the logic device 12 generates from the clock pulse arriving at time T _{N the} beginning of the “reject” signal.

Длительность сигнала "брак" может быть установлена в определенных пределах в зависимости от конструкции исполнительного механизма. The duration of the signal "marriage" can be set within certain limits depending on the design of the actuator.

Логическое устройство формирует также сигналы для индикации количества изготовленных пружин ("счет") и количества отбракованных пружин ("брак"). The logic device also generates signals to indicate the number of springs manufactured ("count") and the number of rejected springs ("scrap").

Прибор для неразрушающего контроля качества металлов кроме установки непосредственно на станке, используется для входного контроля качества металлов, что позволяет экономить на режущем инструменте, затрачиваемой электрической энергии, человеческом труде. Прибор внедрен и успешно работает на Вильнюсском заводе топливной аппаратуры, Ярославском заводе дизельной аппаратуры, Ярославском моторном заводе. The device for non-destructive quality control of metals, in addition to installing directly on the machine, is used for incoming quality control of metals, which saves on human tools, electrical energy, and energy. The device has been implemented and successfully operates at the Vilnius Fuel Equipment Plant, the Yaroslavl Diesel Equipment Plant, and the Yaroslavl Motor Plant.

Claims

Прибор для неразрушающего контроля металлов, содержащий генератор синусоидальных колебаний, измерительный канал, включающий первый вихретоковый преобразователь и первый усилитель, канал формирования образцового сигнала, включающий фазовращатель, входом соединенный с выходом генератора синусоидальных колебаний, второй вихретоковый преобразователь и второй усилитель, и фазовый детектор, отличающийся тем, что он снабжен последовательно соединенными допусковым компаратором, входом соединенным с выходом фазового детектора, логическим устройством и приводом, предназначенным для связи с исполнительным механизмом станка, и двумя индикаторами количества соответственно изготовленных и отбракованных изделий, входами соединенными с соответствующими выходами логического устройства, измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных аттенюатора и первого усилителя, соединенного с первой обмоткой первого вихретокового преобразователя, и первого усилителя-формирователя, входом соединенного с второй обмоткой первого вихретокового преобразователя, выходом с первым входом фазового детектора, а канал формирования образцового сигнала выполнен в виде последовательно соединенных фазовращателя и второго усилителя, соединенного с первой обмоткой второго вихретокового преобразователя и второго усилителя-формирователя, входом соединенного с второй обмоткой второго вихретокового преобразователя, а выходом с вторым входом фазового детектора, а выход генератора синусоидальных колебаний соединен с входом аттенюатора. A device for non-destructive testing of metals, comprising a sinusoidal oscillation generator, a measuring channel including a first eddy current transducer and a first amplifier, an exemplary signal generating channel including a phase shifter connected in input to the output of a sinusoidal oscillation generator, a second eddy current transducer and a second amplifier, and a phase detector, characterized the fact that it is equipped with series-connected tolerance comparator, an input connected to the output of the phase detector, logically a device and a drive intended for communication with the actuator of the machine, and two indicators of the number of manufactured and rejected products, inputs connected to the corresponding outputs of the logic device, the measuring channel is made in the form of series-connected attenuator and the first amplifier connected to the first winding of the first eddy current transducer, and a first driver amplifier, an input connected to a second winding of the first eddy current transducer, an output with the first input of the phase detector, and the channel for generating an exemplary signal is made in the form of a series-connected phase shifter and a second amplifier connected to the first winding of the second eddy current transducer and the second amplifier-former, the input connected to the second winding of the second eddy current transducer, and the output to the second input of the phase detector and the output of the sine wave generator is connected to the input of the attenuator.