RU2759507C2 - Способ и устройства для наблюдения за магнитным полем в объеме материала, а также применение этого устройства - Google Patents

Способ и устройства для наблюдения за магнитным полем в объеме материала, а также применение этого устройства Download PDF

Info

Publication number
RU2759507C2
RU2759507C2 RU2018119103A RU2018119103A RU2759507C2 RU 2759507 C2 RU2759507 C2 RU 2759507C2 RU 2018119103 A RU2018119103 A RU 2018119103A RU 2018119103 A RU2018119103 A RU 2018119103A RU 2759507 C2 RU2759507 C2 RU 2759507C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
volume
workpiece
frequency
excitation
Prior art date
Application number
RU2018119103A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018119103A (ru
RU2018119103A3 (ru
Inventor
Ульрих Зойте
Original Assignee
Касс Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Касс Гмбх filed Critical Касс Гмбх
Priority claimed from PCT/EP2016/001792 external-priority patent/WO2017071812A1/de
Publication of RU2018119103A publication Critical patent/RU2018119103A/ru
Publication of RU2018119103A3 publication Critical patent/RU2018119103A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2759507C2 publication Critical patent/RU2759507C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/725—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables by using magneto-acoustical effects or the Barkhausen effect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/80—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating mechanical hardness, e.g. by investigating saturation or remanence of ferromagnetic material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9006—Details, e.g. in the structure or functioning of sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9013—Arrangements for scanning
    • G01N27/9026—Arrangements for scanning by moving the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/904—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents with two or more sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0094—Sensor arrays

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области материаловедения. Способ наблюдения за магнитным полем объема материала для определения свойств заготовки при возбуждении объема материала заготовки, в котором регистрируют магнитное поле объема материала как функцию времени и частоты с высокой разрешающей способностью по частоте, причем осуществляют механическое или тепловое возбуждение. Технический результат – повышение точности наблюдения за магнитным полем в объеме материала. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Область изобретения
Изобретение касается способа и устройства для наблюдения за магнитным полем в объеме материала, а также применения этого устройства согласно ограничительной части п.1, 10 или, соответственно, 13 формулы изобретения.
Обоснование изобретения
Для наблюдения за магнитным полем в объеме материала с целью определения свойств заготовки применяются индуктивности, или датчики Холла, или тому подобное. При этом изменение во времени магнитного поля регистрируется при реакции на магнитное возбуждение. По изменению во времени результирующего магнитного поля могут делаться заключения о свойствах заготовки.
При этом известные из уровня техники способы и устройства ориентированы на макромагнитные эффекты как функцию времени.
Например, из US 4634976 A известно распознавание дефектов материала путем магнитного возбуждения заготовки при аналитической оценке баркгаузеновского шума. Сравнимый уровень техники известен из US 4977373 A и US 20130276546 A1.
В известных способах макромагнитные эффекты регистрируют и аналитически обрабатывают только в поле амплитуда-время.
Всем известным способам и устройствам свойственен тот недостаток, что возможна лишь недостаточная оценка заготовки.
Краткое содержание изобретения
Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача, создать более высокоточные способ и устройство для наблюдения за магнитным полем в объеме материала, а также применение устройства согласно ограничительной части п.1, 10 или, соответственно, 13 формулы изобретения.
Эта задача решается соответственно признакам п.1, 10 или, соответственно, 13 формулы изобретения.
Соответственно этому создается способ наблюдения за магнитным полем в объеме материала, в частности для определения свойств заготовки при магнитном, механическом, тепловом и/или электрическом возбуждении или тому подобном объема материала заготовки, при котором магнитное поле этого объема материала регистрируется как функция времени и частоты с высокой разрешающей способностью по частоте. Благодаря высокой разрешающей способностью по частоте по оси времени и/или частоты возможна высокоточная регистрация микромагнитных эффектов, которые позволяют делать более точные заключения о свойствах магнитного поля.
Предпочтительно регистрируется микромагнитная реакция на возбуждение.
Также может регистрироваться скорость реакции на возбуждение.
Частотное и/или временное разрешение возбуждения и/или регистрации предпочтительно выбирается соответственно микромагнитным эффектам в данном объеме материала.
Возбуждение может осуществляться с помощью магнитного и/или электрического переменного поля и/или статического поля и/или посредством индукции вихревого тока и/или путем обработки материала, такой как, например, индукционная закалка, и/или путем подачи переменного или постоянного тока и/или подачи переменного и/или постоянного напряжения.
Материал при возбуждении и/или регистрации может быть неподвижен относительно сенсора и/или возбуждающего устройства или передвигаться относительно сенсора и/или возбуждающего устройства.
Частота возбуждающего источника может меняться, в частности возможно прохождение некоторого частотного диапазона.
Могут применяться несколько возбуждающих устройств и/или несколько сенсоров магнитного поля.
Изобретение предоставляет также устройство для наблюдения за магнитным полем объема материала, в частности для определения свойств заготовки при магнитном и/или электрическом возбуждении объема материала заготовки, при этом предусмотрен сенсор для регистрирования магнитного поля для этого объема материала как функции времени и частоты с высокой разрешающей способностью по частоте.
Предпочтительно, предусмотрено устройство возбуждения для электрического и/или магнитного возбуждения объема материала заготовки.
Изобретение создает, касается и/или также делает возможным:
- распознавание трещин в ферритных материалах;
- распознавание усадочных раковин или включений других материалов в ферритных материалах;
- оценку образования кристаллов при охлаждении ферритных материалов;
- составление карты намагничивания детали;
- сравнение карты намагничивания образцовой детали с другими деталями для оценки качества;
- распознавание дефектов закалки или изменений при закалке в материалах;
- распознавание глубины закалки и градиента закалки ферритных материалов;
- распознавание зернистой или кристаллической структуры в черных металлах и других ферритных материалах;
- создание намагничивания ферритных материалов с помощью магнитного переменного поля, которое в своем изменении во времени оптимизировано с учетом равномерного результата переориентации отдельных вейсовых областей;
- создание намагничивания путем пропускания заготовки в статическом магнитном поле, так чтобы все кристаллиты испытывали один и тот же градиент внешнего магнитного поля;
- калибровку быстрого измерения намагничивания ферритных материалов более медленным с высоким разрешением во времени измерением для регистрации;
- описание параметров намагничивания объема материала после одного единственного намагничивания;
- описание механических свойств объема материала после одного единственного намагничивания;
- описание параметров намагничивания объема материала без достижения магнитного насыщения во всем объеме;
- определение легирующих элементов ферритных материалов по свойствам намагничивания отдельных кристаллов;
- применение комбинации из кратковременных БПФ (быстрых преобразований Фурье) и их аналитической оценки во времени для анализа свойств намагничивания всех находящихся в объеме материала вейсовых областей;
- применение комбинации из кратковременных БПФ и их аналитической оценки во времени для анализа свойств намагничивания всех находящихся в некотором объеме материала вейсовых областей, которые, упорядоченные по размеру и положению во внешнем магнитном поле, объединяются в определенные группы;
- применение комбинации из кратковременных БПФ и их аналитической оценки во времени для создания карты намагничивания области материала или детали.
Описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует регистрацию изменения во времени магнитного поля после магнитного возбуждения по уровню техники.
Фиг.2 иллюстрирует предлагаемую изобретением многомерную регистрацию изменения магнитного поля на графике частота-время.
Фиг.3 показывает основные эмиссии с фиг.2 с зависимостью частоты, времени и амплитуды.
Фиг.4 показывает основные эмиссии с фиг.2 с проекцией на ось времени.
Фиг.5 показывает основные эмиссии с фиг.3 с проекцией на ось частоты.
Фиг.6-9 показывают другие варианты осуществления.
Описание вариантов осуществления
Анализ магнитных полей
Анализируются колебания магнитных полей.
Поля измеряются с помощью надлежащих сенсоров, индуктивностей, датчика Холла и пр. Ширина полосы частот сенсоров должна быть как можно большей. Предпочитается частота до 1 МГц, 3 МГц, 50 МГц, 100 МГц, 1 ГГц, 10 ГГц. Верхняя предельная частота коррелирует с количественным разрешением, т.е. чем выше предельная частота, тем меньшие магнитные структуры могут регистрироваться. В ГГц-диапазоне может регистрироваться изменение магнитного поля отдельных диполей. Поэтому существует корреляция между верхней предельной частотой и кристаллической структурой материала.
Сигналы измерения предпочтительно подвергаются многим кратковременным БПФ, так что широкополосная частотная зависимость может описываться в каждый момент времени, а также в ее временной последовательности.
Возможны другие трансформации, которые описывают временные и количественные изменения магнитного поля. Алгоритм импульсного анализа создает нужную информацию.
Целесообразным образом для измерения аналитически оцениваются округленно 64 миллиона результатов измерения. Но может быть также интересно в 10 раз большее количество данных.
Анализ микроструктуры черных металлов
Железо как ферромагнитный материал образует магнитные диполи в каждой вейсовой области.
Эти диполи при наведении внешнего магнитного поля могут переориентироваться в его направлении. При повороте микродиполей в направлении внешнего магнитного поля его напряженность повышается, пока, наконец, все микродиполи не будут располагаться в направлении внешнего поля.
Для преодоления имеющегося в микродиполе магнитного момента необходима определенная противоположно направленная напряженность магнитного поля. Диполи, лежащие ближе всего к источнику поля, испытывают воздействие большей силы. Чем больше микродиполей переориентированы, тем больше становится результирующая напряженность поля в направлении внешнего поля.
При этом могут также переориентироваться более удаленные микродиполи.
Изменение магнитного поля создает электрический ток, изменение которого создает встречное магнитное поле. Чем больше скорость изменения внешнего магнитного поля, тем больше также индуцированная противодействующая сила, что замедляет переориентацию микродиполей на большем расстоянии.
С помощью очень чувствительного измерения изменений магнитного поля могут выявляться эти эффекты переориентации микродиполей.
Тогда путем ограничения внешнего магнитного поля до определенного объема материала могут делаться выводы о структуре и свойствах этого объема материала. Эффектами, которые вызываются более удаленными структурами, можно пренебречь вследствие их малого количества. Так как вейсовы области, т.е. объемы материала, которые имеют соответственно единую ориентацию спина электрона ферроэлектрика и вместе с тем представляют собой магнитные микродиполи, одновременно обладают также механически интересными свойствами, по некоторым магнитным свойствам можно делать заключение о механических свойствах.
Распределения размером микрокристаллов в черном металле описывают также прочности на растяжение и сжатие.
Если точный размер и пространственная протяженность кристаллов железа известны, могут делаться точные суждения о механических свойствах материала.
Намеренно или случайно введенные в железо элементы изменяют механические, электрические, а также магнитные свойства материала.
Углеродосодержащие стали находят широкое применение, когда должны использоваться закаленные черные металлы. Конкретное распределение углерода в железе, распределения размеров кристаллов, полное и неполное внедрение всех имеющихся атомов углерода в решетки железа, наличие элементарного углерода в материале и т. д. сказываются на свойствах материала.
То же самое относится к другим важным легирующим элементам или примесным элементам, которые случайно попадают в материал.
Для анализа применяются много разных методов.
Испытание на сжатие и растяжение определенных поперечных сечений или поверхностей, а также испытания под нагрузкой готовых деталей.
Микроскопия образцов материала для описания кристаллических структур и внедрений разных легирующих элементов.
Рентгеновские измерения, измерения вихревого тока как примеры неразрушающих исследований.
Известно наведение магнитных переменных полей и определение отдельных магнитных показателей при повторном прохождении кривых магнитного гистерезиса, то есть при повторной переполюсовке внешнего магнитного поля. Эти показатели определяются как средние значения установившихся состояний.
В противоположность этому предлагаемая изобретением аналитическая оценка базируется предпочтительно на распределении амплитуды, времени и частоты одного единственного намагничивания. Уже прохождение половины кривой гистерезиса при предлагаемом изобретением анализе частоты-времени дает информацию об исследуемом материале. Когда кривая гистерезиса проходится полностью, см. фиг.2 на примере синусоидального магнитного возбуждения, или регистрируются несколько проходов, степень достоверности результатов измерений возрастает.
Возбуждение может оптимизироваться таким образом, чтобы кривая гистерезиса была как можно более пологой. При этом процесс намагничивания продолжается дольше и является более репрезентативным. Поэтому изобретение предпочтительно предусматривает оптимизацию кривых возбуждения, в частности, адаптированную к материалу.
Степень достоверности результатов измерений может повышаться с помощью повторов, но при этом речь идет об уменьшении погрешности измерения.
В соответствии с изобретением может анализироваться распределение частоты изменения магнитного поля и соответствующих частотам скачков амплитуды, и отсюда определяться распределение размеров вейсовых областей.
Когда скорость считывания изменений магнитного поля больше средней скорости переориентации отдельных вейсовых областей, может производиться привязка отдельных областей и их размера к месту напряженности магнитного поля, так как эти области сначала переориентируются в области более высоких напряженностей поля.
Напряженность магнитного поля или, соответственно, скорость изменения напряженности поля может меняться, чтобы постепенно добавлять информацию о более глубоких слоях материала и таким образом получать профиль глубины средних размеров вейсовых областей.
Таким образом мы генерируем описание профилей твердости и прочности материала, а также описание распределения дефектов материала, если они сказываются на проявлении микродиполей.
Пример:
Пусть средний размер кристалла составляет 10 мкм3. Релевантный размер поля пусть будет 4×8 х 2 мм, то есть 64 мм3. Тогда в целом влиянию подвергаются прибл. 64*106 микродиполей.
При скорости считывания 100 МГц и времени до намагничивания насыщения одна секунда могут описываться приращения магнитного поля отдельных диполей.
Изменение ориентации оси спина электрона одного отдельного электрона может осуществляться только определенными квантованиями.
Соседние электроны в одной вейсовой области находятся друг с другом в магнитной ориентации, то есть имеют скоординированные направления осей спина. Когда начинается скачкообразное вращение оси спина некоторых электронов, то это приводит к ускоренному перевороту всех соседних, которые и так уже испытывают подобную напряженность внешнего магнитного поля. При этом, когда скорость этого процесса изменения направления максимальна, происходит как бы импульсное возрастание магнитного поля на порядок величины магнитного поля выравниваемой вейсовой области применительно к направлению внешнего магнитного поля. Именно эти быстрые изменения вейсовой области, которые накладываются на все магнитное поле, регистрируются при нашей аналитической оценке.
С возрастающим количеством выровненных или, соответственно, практически выровненных микродиполей все сильнее нарастает результирующее общее магнитное поле.
Путем умелого изменения внешнего магнитного поля может компенсироваться этот лавинообразный эффект, который затем отражается в прохождении кривой гистерезиса общего магнитного поля, так что мы достигаем по возможности линейного прохождения прироста напряженности поля.
За этим стоит предпочтительное намерение, достичь при заданной максимальной скорости считывания для наилучшего возможного выявления поведения всех содержащихся в рассматриваемом объеме кристаллов при изменении направления.
Кристаллы, которые имеют идентичную разность пространственного угла между ориентацией их внутреннего магнитного поля и внешнего магнитного поля, и лежат в областях идентичной напряженности внешнего поля, могут не отличаться по своему поведению вращения. Дополнительно они подвергаются также воздействиям окружающих их кристаллитов, которые, конечно, тоже изменяют магнитное поле в целом, а также в микродиапазоне. Тем не менее, возможно наличие кристаллов, поведение которых выделить невозможно. Поэтому кажется также целесообразным использовать результаты измерений, которые описывают не полное выявление, а скорее суммарные эффекты изменений магнитного поля.
Это подход изобретение может использовать, чтобы проводить измерение за гораздо более короткое время. Достигается компромисс между полной регистрацией всех влияний кристаллов и одним очень быстрым измерением.
Возможно также, чтобы это высокоразрешающее измерение проводилось с новыми материалами, и эти результаты затем использовались для калибровки заметно более быстрых, но с более низким разрешением измерений.
Для этого способа необходимо изменяющееся в данном объеме материала магнитное поле. Это может достигаться, напр., путем наведения магнитного поля, напряженность которого изменяется в течение желаемого периода времени, и/или когда материал продвигается через статическое магнитное поле.
Если кристаллическая структура (напр., вследствие других состояний твердости) материала изменяется, то это отражается в измененном распределении приростов магнитного поля. При этом изобретение создает возможность проводить измерения также на движущихся материалах, напр., во время производственных процессов.
Измерительные зонды могут размещаться в установке для волочения проволоки или другой установке для непрерывной деформации, чтобы анализировать материал на всей его длине во время деформации на отклонения и получать информацию о фактических прочностях и других механических свойствах.
Благодаря применению повторных измерений могут анализироваться разные элементы объема материала, также могут исследоваться изменения во времени, напр., при охлаждении в процессе закалки.
При этом может наблюдаться опускание температуры ниже температуры Кюри и протекание эффектов кристаллизации.
Измерительные зонды могут вставляться непосредственно в штамп для горячей деформации и закалки стальных листов, и процесс кристаллизации и вместе с тем закалка может наблюдаться на месте.
Наряду с анализом кристаллитной структуры материала, могут также обнаруживаться макроскопические дефекты, такие как трещины или усадочные раковины, когда они находятся в области анализа магнитного поля.
Благодаря быстрым измерениям изобретение делает возможным полное считывание поверхностей деталей или, соответственно, слоев деталей.
В частности, для поверхностно закаленных сталей полезен анализ до глубины закалки. Именно эти области материала особенно нагружаются как в процессе закалки, так и позднее при использовании детали.
Для деталей серийного изготовления может соответственно составляться карта изменения магнитного поля, которая получается во время сканирования релевантных слоев материала. Тогда поведение каждой следующей детали может сравниваться с этой картой и непосредственно протоколироваться отклонения.
Предлагаемый изобретением способ пригоден, напр., для обнаружения новых зон закалки в шлифованных поверхностях, которые возникают при изготовлении подшипников или зубчатых колес.
Примеры
Фиг.1 иллюстрирует зависимость от времени магнитного поля H после магнитного возбуждения путем наведения синусоидально модулированного внешнего магнитного поля на образце ферромагнитного материала. Изображены доли фазовых превращений изменений результирующего магнитного поля. (фильтр верхних частот с предельной частотой прибл. 1000 Гц, скорость считывания 50 МГц, понижение разрешения до 6 МГц). Период синуса составляет, как можно видеть, 50 Гц. Изображено полное прохождение характеристики гистерезиса. Способы уровня техники ограничиваются этой аналитической оценкой.
Фиг.2 представляет собой изображение в предлагаемой изобретением системе время-частота с высокой разрешающей способностью по частоте в области частоты, так что различимы микромагнитные эффекты. Наряду с двумя полями основной эмиссии, каждое из которых здесь привязано к одному, здесь магнитному, импульсу возбуждения, видны много характерных вторичных эмиссий. График частота-время представляет собой уникальную признак, из которого могут выводиться заключения о микромагнитных процессах.
На фиг.3 показаны основные эмиссии с фиг.2 с изменением частоты, времени и амплитуды.
На фиг.4A показаны основные эмиссии с проекцией на ось времени. На фиг.4B-4D показаны альтернативные формы сигнала. Так при любом, также не магнитном возбуждении, по форме сигнала может делаться заключение о свойстве материала. Возрастает ли форма сигнала более круто, чем падает, фиг.4B, или возрастает более полого, чем падает, фиг.4C, или содержит двойное (фиг.4D, 4E) или многократное колебание, является важным для характеристики свойств материала, инструмента или процесса. В частности, по форме сигнала, проецированной ли, как на фиг.4, или в сечении фиг.2, или многомерно аналитически оцененной, как на фиг.2, 3, может получаться информация касательно твердости материала, собственного напряжения, микроструктуры, легирующих элементов и т.д.
На фиг.5 показаны основные эмиссии с проекцией на ось частоты.
Целесообразным образом частота возбуждения меняется или выбирается различной в зависимости от цели аналитической оценки. При высокой частоте глубина проникновения в материал меньше, чем при низкой частоте. Поэтому может быть целесообразно при возбуждении пересекать некоторый частотный диапазон, чтобы регистрировать свойства материала в зависимости от глубины материала.
Например, в показанном на фиг.6 примере осуществления посредством сенсора 1 магнитного поля может считываться поверхность вращающегося колеса 2, напр., бандажа колеса поезда, или плоского материала 3, напр., плиты, с составлением профиля свойств материала, в частности профиля твердости или прочности, данной поверхности, при этом предпочтительно может иметься возможность регистрации свойства материала как функции расстояния до поверхности.
Предлагаемый изобретением способ может также использоваться при оценке сварных швов. Так, при считывании сварного шва может получаться, в частности, дифференцированное по глубине заключение о качестве сварного шва, прочности и пр., и могут распознаваться дефекты, такие как, например, трещины.
Особенно предпочтительно предлагаемые изобретением способы, устройства и применения могут использоваться при мониторинге процессов.
Например, при волочении проволоки проволока 4, которая волочится по стрелке 5 из устройства для волочения проволоки, может двигаться вдоль сенсора 6 магнитного поля или нескольких сенсоров 6' магнитного поля при регистрации магнитного поля объема материала, регистрируемого сенсором магнитного поля. Возбуждение осуществляется целесообразным образом с помощью устройства 7, напр., в виде намагничивания 8. Последующее в направлении 5 волочения устройство 7' может быть предусмотрено для размагничивания 8'
Вместо проволоки 4 мимо сенсора 6 магнитного поля может также проводиться плоский материал, напр., лист 4.
Сыпучий материал 9, например, винты, могут падать через устройство 7 по стрелке 10, следуя силе тяжести, и при этом регистрироваться сенсором 6 магнитного поля, см. фиг.8.
Устройство (устройства) 7, 7'… и сенсор (сенсоры) 6, 6'… магнитного поля могут располагаться вообще вдоль любых путей материала.
Для этих вариантов мониторинга процесса является общим, что при стационарном расположении сенсора магнитного поля непрерывный поток материала делает возможным по существу полный контроль. Могут регистрироваться твердость, колебания плотности материала, волнистости поверхности, диаметр проволоки и тому подобное.
Возбуждение, которое в вышеназванных примерах предпочтительно осуществляется магнитным или электрическим способом, может также выполняться иначе.
Так механическое воздействие на заготовку, в частности пластическая и/или упругая деформация или обработка со снятием стружки и тому подобное, вызывает допускающее регистрацию изменение магнитного поля, в частности у ферро- или парамагнитного или металлического материала. В качестве примера на фиг.9 изображено устройство 11 для волочения проволоки, включающее в себя пластическую и при необходимости упругую деформацию 12 и сенсор 6 магнитного поля. Путем предлагаемой изобретением регистрации и аналитической оценки магнитного поля, возникающего вследствие деформации 12, может регистрироваться качество деформации. Также могут констатироваться изменения толщины, волны поверхности или дефекты, а также обрыв проволоки и другое тому подобное.
Все варианты осуществления изобретения предпочтительно применимы к ферромагнитному материалу, а также к парамагнитному материалу или к немагнитному материалу. Если, например, плита 4 на фиг.7 из полимерного материала, с помощью устройства 7 и сенсора 6 по характеристике гистерезисных потерь плиты 4 могут получаться заключения о плите 4 в отношении толщины, дефектов, таких как перфорации или включения материала либо изменения плотности или трещины или тому подобное, волнистости поверхности и т. д. Изобретение применимо также к современным композитным полимерным материалам или полимерным материалам с примесью частиц. Здесь может контролироваться, например, плотность частиц, равномерность распределения частиц, качество композита, а также распознаваться дефекты, такие как, например, дефектные соединения и отслаивания у плоских композитных материалов или включения, или тому подобное.
Другим применением является мониторинг процесса при закалке, в частности закалке под прессом. При этом возбуждением служит деформация и/или нагрев материала. Магнитное поле изменяется во время охлаждения или, соответственно, во время деформации и после деформации. Путем регистрирования магнитного поля могут наблюдаться и аналитически оцениваться процессы кристаллизации. Возможны заключения о степени кристаллизации и микроструктуре, или может регистрироваться момент времени, в который материал может извлекаться из формы, потому что процесс закалки закончен. Помимо этого, возможно получение уже упомянутой информации, такой как дефекты (образование трещин при охлаждении, также применительно к микротрещинам, разрушениям и пр.) и возможна оптимизация процесса путем регистрации параметров материала во время изменения параметров процесса температуры, давления деформации, скорости нагрева, скорости охлаждения, профиля температуры как функции времени, скорости или профиля деформации и пр.
Применительно к технике аналитической оценки изобретение предпочтительно предусматривает работу с векторами показателей. При этом вектор показателя представляет собой набор из n отдельных значений, таких как распределение частоты, однократные и многократные пики, повышение пика, магнитное поле и пр. Такой вектор показателя может браться за образец для известных свойств и затем сравниваться с векторами показателя, зарегистрированными при контроле, с целью определения свойств материала и/или процесса.

Claims (18)

1. Способ наблюдения за магнитным полем объема материала для определения свойств заготовки при возбуждении объема материала заготовки, в котором:
- регистрируют магнитное поле объема материала как функцию времени и частоты с высокой разрешающей способностью по частоте,
- причем осуществляют механическое или тепловое возбуждение.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регистрируют микромагнитную реакцию на возбуждение, причем частотное и/или временное разрешение регистрации выбирают соответственно микромагнитным эффектам в объеме материала.
3. Способ по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что регистрируют скорость реакции на возбуждение.
4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что материал при возбуждении и/или регистрации неподвижен относительно сенсора и/или возбуждающего устройства.
5. Способ по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что материал при возбуждении и/или регистрации передвигают относительно сенсора и/или возбуждающего устройства.
6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что частоту возбуждающего источника изменяют, в частности проходя частотный диапазон.
7. Способ по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что используют несколько возбуждающих устройств и/или несколько сенсоров магнитного поля.
8. Способ по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что осуществляют корреляцию зарегистрированной формы сигнала с соответствующим свойством материала, включающим в себя твердость, собственное напряжение, микроструктура, легирующие элементы.
9. Устройство для наблюдения за магнитным полем объема материала для определения свойств заготовки при возбуждении объема материала заготовки, содержащее
- сенсор для регистрации магнитного поля объема материала как функции времени и частоты высокой разрешающей способностью по частоте,
- возбуждающее устройство для механического или теплового возбуждения заготовки или объема материала заготовки.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что содержит устройство аналитической оценки для трехмерной аналитической оценки магнитного поля в спектре частота-время.
11. Устройство по п. 9 или 10, отличающееся тем, что осуществляется корреляция зарегистрированной формы сигнала с соответствующим свойством материала, включающим в себя твердость, собственное напряжение, микроструктура, легирующие элементы.
12. Применение устройства по одному из пп. 9-11 для мониторинга процесса, в частности для контроля непрерывно подаваемого и/или изготавливаемого проволочного или плоского материала, либо сыпучего материала, в частности при волочении проволоки.
13. Применение устройства по одному из пп. 9-11 для измерения профиля твердости и/или прочности поверхности, в частности поверхности заготовки, имеющей кольцевое сечение или сварной шов.
14. Применение по п. 12 или 13, отличающееся тем, что имеется корреляция зарегистрированной формы сигнала с соответствующим свойством материала, включающим в себя твердость, собственное напряжение, микроструктура, легирующие элементы.
RU2018119103A 2015-10-28 2016-10-28 Способ и устройства для наблюдения за магнитным полем в объеме материала, а также применение этого устройства RU2759507C2 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202015007470.7 2015-10-28
DE202015007470 2015-10-28
DE202016006620.0 2016-10-26
DE202016006620.0U DE202016006620U1 (de) 2015-10-28 2016-10-26 Vorrichtungen zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvolumens
PCT/EP2016/001792 WO2017071812A1 (de) 2015-10-28 2016-10-28 Verfahren und vorrichtungen zum beobachten eines magnetfelds eines materialvolumens sowie verwendung der vorrichtung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018119103A RU2018119103A (ru) 2019-12-02
RU2018119103A3 RU2018119103A3 (ru) 2020-01-30
RU2759507C2 true RU2759507C2 (ru) 2021-11-15

Family

ID=57406199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018119103A RU2759507C2 (ru) 2015-10-28 2016-10-28 Способ и устройства для наблюдения за магнитным полем в объеме материала, а также применение этого устройства

Country Status (12)

Country Link
US (2) US10928359B2 (ru)
EP (1) EP3368890A1 (ru)
JP (1) JP6968791B2 (ru)
KR (1) KR20180111771A (ru)
CN (1) CN108351325A (ru)
AU (1) AU2016345432B2 (ru)
BR (1) BR112018008464B1 (ru)
CA (1) CA3003345A1 (ru)
DE (1) DE202016006620U1 (ru)
IL (1) IL258874B (ru)
MX (1) MX2018005219A (ru)
RU (1) RU2759507C2 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG10201913945QA (en) 2015-06-04 2020-03-30 Crititech Inc Taxane particles and their use
JP6970683B2 (ja) 2016-04-04 2021-11-24 クリティテック・インコーポレイテッド 固形腫瘍治療のための方法
WO2018227037A1 (en) 2017-06-09 2018-12-13 Crititech, Inc. Treatment of epithelial cysts by intracystic injection of antineoplastic particles
US10398646B2 (en) 2017-06-14 2019-09-03 Crititech, Inc. Methods for treating lung disorders
BR112020005814A2 (pt) 2017-10-03 2020-09-24 Crititech, Inc. administração local de partículas antineoplásicas em combinação com administração sistêmica de agentes imunoterapêuticos para o tratamento de câncer

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU728072A1 (ru) * 1978-09-20 1980-04-15 Предприятие П/Я Р-6303 Способ магнитошумовой структуроскопии
US7919971B2 (en) * 2005-04-05 2011-04-05 Harald Horn Method and device for measuring the condition of steel structures

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4634976A (en) 1983-05-05 1987-01-06 American Stress Technologies, Inc. Barkhausen noise method for stress and defect detecting in hard steel
GB2140564B (en) * 1983-05-23 1986-10-22 Central Electr Generat Board Cable corrosion monitor
NO162537C (no) * 1986-02-17 1990-01-10 Dam Patent A S Fremgangsmaate og anordning for ikke-destruktiv materialproevning.
US4977373A (en) 1988-04-18 1990-12-11 American Stress Technologies, Inc. Barkhausen noise method for determining biaxial stresses in ferromagnetic materials
DE3813739A1 (de) * 1988-04-23 1989-11-02 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum zerstoerungsfreien messen magnetischer eigenschaften eines pruefkoerpers sowie vorrichtung zum zerstoerungsfreien messen magnetischer eigenschaften eines pruefkoerpers
JP2713171B2 (ja) * 1994-07-11 1998-02-16 株式会社日立製作所 金属材料の劣化検査装置
DE19746000C2 (de) * 1997-10-20 2002-05-16 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur Ermittlung von Defekten in Werkstücken sowie Magnetfeldmeßgerät zur Durchführung dieses Verfahrens
SE515182C2 (sv) * 1998-06-18 2001-06-25 Rso Corp Metod och system för fjärrdetektering av föremål
US6201391B1 (en) * 1998-10-07 2001-03-13 Southwest Research Institute Nonlinear harmonics method and system for measuring degradation in protective coatings
FI113299B (fi) * 2002-09-02 2004-03-31 Stresstech Oy Menetelmä ja järjestelmä teräksen karkaisusyvyyden määrittämiseksi
WO2007025720A1 (en) * 2005-08-30 2007-03-08 Nctengineering Gmbh Sensor device, sensor arrangement, and method of measuring a property of an object
US7652572B2 (en) * 2006-10-09 2010-01-26 Battelle Energy Alliance, Llc Methods, systems and devices for detecting and locating ferromagnetic objects
JP2008102109A (ja) * 2006-10-19 2008-05-01 Miyagi Prefecture 磁場検出方法と装置
DE102010013900B4 (de) * 2010-04-01 2013-01-03 Hochschule Für Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt Verfahren zur Bildgebung mittels magnetischer Kleinstpartikel sowie Vorrichtung hierfür
CH706135A2 (de) * 2012-02-23 2013-08-30 Polycontact Ag Verfahren und Messanordnung zur Messung von mechanischen Spannungen in ferromagnetischen Werkstücken.
DE102012007062B4 (de) 2012-04-03 2015-07-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur zerstörungsfreien quantitativen Bestimmung der Mikroeigenspannung II. und/oder III. Art
JP2014134448A (ja) * 2013-01-10 2014-07-24 Kyushu Univ 磁気特性測定装置、磁気特性測定プローブ及び磁気特性測定方法
CN105181786A (zh) * 2015-07-16 2015-12-23 宁波市鄞州磁泰电子科技有限公司 焊缝缺陷磁法检测方法
DE102016002692A1 (de) * 2016-03-08 2017-09-14 Goldschmidt Thermit Gmbh Verfahren zur Ermittlung der Neutraltemperatur in langgestreckten Werkstücken

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU728072A1 (ru) * 1978-09-20 1980-04-15 Предприятие П/Я Р-6303 Способ магнитошумовой структуроскопии
US7919971B2 (en) * 2005-04-05 2011-04-05 Harald Horn Method and device for measuring the condition of steel structures

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
L R PADOVESE ET AL: "Time-frequency and time-scale analysis of Barkhausen noise signals", PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS, PART G: JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING, vol. 2007, no. 5, 30 April 2009 (2009-04-30), pages 577-588. *
PIOTROWSKI L ET AL: "An In-Depth Study of the Barkhausen Emission Signal Properties of the Plastically Deformed Fe-2%Si Alloy", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, vol. 44, no. 11,1 November 2008, pages 3828-3831. *
PIOTROWSKI L ET AL: "An In-Depth Study of the Barkhausen Emission Signal Properties of the Plastically Deformed Fe-2%Si Alloy", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, vol. 44, no. 11,1 November 2008, pages 3828-3831. L R PADOVESE ET AL: "Time-frequency and time-scale analysis of Barkhausen noise signals", PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS, PART G: JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING, vol. 2007, no. 5, 30 April 2009 (2009-04-30), pages 577-588. *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018536155A (ja) 2018-12-06
RU2018119103A (ru) 2019-12-02
CN108351325A (zh) 2018-07-31
BR112018008464B1 (pt) 2023-04-25
IL258874B (en) 2021-12-01
US20210072183A1 (en) 2021-03-11
IL258874A (en) 2018-06-28
US11320400B2 (en) 2022-05-03
AU2016345432B2 (en) 2021-11-18
JP6968791B2 (ja) 2021-11-17
RU2018119103A3 (ru) 2020-01-30
BR112018008464A2 (pt) 2018-11-06
EP3368890A1 (de) 2018-09-05
AU2016345432A1 (en) 2018-06-14
MX2018005219A (es) 2018-07-06
KR20180111771A (ko) 2018-10-11
CA3003345A1 (en) 2017-05-04
DE202016006620U1 (de) 2017-04-12
US20180306748A1 (en) 2018-10-25
US10928359B2 (en) 2021-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2759507C2 (ru) Способ и устройства для наблюдения за магнитным полем в объеме материала, а также применение этого устройства
KR101941241B1 (ko) 전자기 센서 그리고 그 전자기 센서의 교정
Dong et al. Quantitative evaluation of residual stress and surface hardness in deep drawn parts based on magnetic Barkhausen noise technology
JP5892341B2 (ja) 焼入深さ測定方法及び焼入深さ測定装置
CN105203629B (zh) 一种磁性金属构件表面应力集中区及微裂纹的磁探测方法
Yamazaki et al. Experimental evaluation of domain wall dynamics by Barkhausen noise analysis in Fe30Co70 magnetostrictive alloy wire
Blažek et al. Extraction of Barkhausen noise from the measured raw signal in high-frequency regimes
JP6607242B2 (ja) 方向性電磁鋼板の加工状態評価方法、加工状態評価装置、及び製造方法
JP2009515144A (ja) 金属素材の変態量のオンライン測定装置
Grijalba et al. Non-destructive flaw mapping of steel surfaces by the continuous magnetic Barkhausen noise method: Detection of plastic deformation
Luo et al. Non-destructive testing device for hot forming high strength steel parts based on Barkhausen Noise
Kaleli et al. Non-destructive determination of residual stresses in the spiral submerged arc welded steel pipes
Rabung et al. Nondestructive Characterization of Residual Stress Using Micromagnetic and Ultrasonic Techniques
RU2784421C1 (ru) Устройство оценки структуры металла катаных стальных листов, способ оценки структуры металла катаного стального листа, производственное оборудование для изготовления стального изделия, способ изготовления стального изделия и способ управления качеством стального изделия
OKA et al. Examination of the inductance method for non-destructive testing in structural metallic material by means of the pancake-type coil
CA3137689C (en) Metal structure evaluator for rolled steel sheets, method for evaluating metal structure of rolled steel sheet, production facility of steel product, method for manufacturing steel product, and method of quality management of steel product
Zhang et al. A study on the relationship between hardness and magnetic properties of ultra-high strength steel
KR102224117B1 (ko) 자기 이력 특성 추정 방법을 이용한 자성 비파괴 검사 장치
Tsafack et al. Effect of bending stress on the magnetic properties of electrical steel using needle probe method
US20230018264A1 (en) Method for determining a materials characteristic value of magnetizable metal bodies by means of a micromagnetic sensor assembly, and corresponding sensor assembly
WO2017071812A1 (de) Verfahren und vorrichtungen zum beobachten eines magnetfelds eines materialvolumens sowie verwendung der vorrichtung
Gao et al. Investigation of Magnetic Barkhausen Noise and Dynamic Domain Wall Behavior for Stress Measurement
Oka et al. Estimation of fatigue damage for an austenitic stainless steel (sus304) using a pancake type coil
Pereira et al. Method for Magnetic Barkhausen Noise Characterization in High Permeability Grain-Oriented Electrical Steel
Vértesy et al. Correlation between ultrasonic velocity and magnetic adaptive testing in flake graphite cast iron