Способ контроля физико-механических показателей ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относитсяк области неразрушающего контроля и может быть использовано для определения показателей ферромагнитных изделий после поверхностного и объемного упрочнения . Целью изобретения является повышение точности контроля за счет оптимизации воздействукнцих магнитных поi (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Ш 4 G 01 N 27/90

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

/ lpga„.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФЕРРОМАГНИТНЫХ

ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. 3ь (21) 3935932/25-28 (22) 29.07 ° 85 (46) 23.07.87. Бюл. Р 27 (71) Красн6дарский политехнический институт (72) В.М. Возмитель, А.Н. Плахотнюк, Г.Н. Олифиренко, Т.И. Ярошко и В.П, Курилов (53) 620.179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 461346, кл. G 01 N 27/90, 1968.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1029733, кл. G 01 N 27/90; 1984.

„„SU„„1325 47 А1 (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для определения показателей ферромагнитных изделий после поверхностного и объемного упрочнения. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет оптимизации воздействующих магнитных по1325347 лей на объект контроля. При реализации способа первоначально выбирается форма намагничивающего сигнала блока

1 намагничивания для получения максимальной чувствительности к площадям скачков Варкгауэена, которые выделяются фильтром 11 и интегрируются в блоке 12 интегрирования. По результатам измерений счетно-решающий блок 15 выбирает форму намагничивающего тока, затем .выбирается форма намагничивающего тока для оптимизации сигнала двух аналогичных

Изобретение относится к нераэрушающему контролю и может быть использовано для контроля показателей ферромагнитных иэделий после поверхностного и объемного упрочнения.

Цель изобретения — повышение точности контроля за счет оптимизации .воздействующих полей на объект контроля.

На чертеже показано устройство для осуществления способа.

Устройство содержит блок 1 намагничивания, измерительный преобразователь 2, два преобразователя 3 и 4 с эталонными деталями, датчик 5 регистрации шумов Баркгаузена, соединенные последовательно генератор 6 калиброванных сигналов, аналоговый коммутатор 7, к входам которого подключены измерительный преобразователь 2, преобразователи 3 и 4 для эталонных образцов и датчик 5 регистрации шумов

Баркгауэена, аналого-цифровой преобразователь 8, блок 9 буферной памяти и анализатор 10 спектра в базисе функции Хаара.

Устройство содержит также соединенные последовательно фильтр 11 верх них частот, подключенный к выходу аналогового коммутатора 7 и блок 12 интегрирования, соединенные последовательно мультиплексор 13, к первому входу которого подключен анализатор 10 спектра в базисе функций

Хаара, интерфейс 14 ввода-вывода и счетно-решающий блок 15, блок 16 упобразцов, имеющих существенно различные свойства, После выбора оптимального тока намагничивания контролируются свойства исследуемых образцов,, сигнал от которых через аналоговый коммутатор 7 после преобразования в цифровую форму запоминается в блоке 9 буферной памяти, раскладывается на спектралЬные составляющие по функциям Хаара, и по обобщенным критериям делается вывод о его фиэико-технических показателях.

2 с.п. ф-лы, 1 ил. равления и синхронизации, выходы которого подключены к управляющим .входам аналогового коммутатора 7 и аналого-цифрового преобразователя 8, а первый вход соединен с выходом блока 12 интегрирования, соединенные последовательно нормализатор 17 импульсов, подключенный к выходу фильтра 11 верхних частот, блок 18 регистрации количества скачков Баркгаузена, выход которого подключен к мультиплексору 13, блок 19 управления интервала опроса, блок 20 определения моментных функций и блок

21 вычисления кумулянтов.

В устройство входят также соединенные последовательно блок 22 дискриминаторов, распределитель 23, четыре преобразователя 24-27 масштабов времени, включенные между распределителем 23 и входами мультиплексора 13 и соединенные последовательно перепрограммируемая постоянная память 28, подключенная к интерфейсу 14 ввода-вывода и блоку

20 определения моментных функций, контроллер 29 управления сигналом намагничивания, входы которого подключены к интерфейсу 14 ввода-вывода, блоку 16 управления и синхронизации и блоку 19 управления интервалом опроса, и цифро-аналоговый преобразователь 30, выход которого соединен с блоком 11 намагничивания.

Способ с помощью устройства реализуется следующим образом.

1325347

На контролируемое изделие воздействуют электромагнитным полем и регистрируют характер распределения количества скачков Баркгаузена, при этом дополнительно регистрируют характер распределения площадей скачков Баркгаузена, коллективно перемегничивающихся групп доменов в первом режиме намагничивания, а во втором режиме 10 намагничивания регистрируют спектральные составляющие электродинамического преобразователя в базисе функций

Хаара, при этом в первом режиме намагничивания форму сигнала намагничи- 15 вания устанавливают так, чтобы обеспечивалась максимальная чувствительность характера распределения площадей скачков Баркгаузена у совокупности физико-технических показателей, от- 20 ветственных за структурно-реологические свойства объекта контроля, а во втором режиме намагничивания форму зондирования устанавливают так, чтобы обеспечивалась максимальная величина интегрального параметра определяющего согласно выражения ((ЭТс Л1 ((ЭТс(Л) (< Этал)

*(1, паг г (1)

Я*(1 ar

° Ф 1 (ЭЭТОл((2этал1 (я этдл)

har, har Ьa(" где har — спектральные составляющие сигнала электродинамического преобразователя 1, ..., m первого эталон35 ного образца и второго эталонного образца, существенно отличающиеся по совокупности физико-технических показателей, характеризующих качество цементации или азотирования последних, 40 а по совокупности информативных параметров магнитных шумов Баркгаузена и спектральных составляющих Хаара отклика, снимаемого электродинамического преобразователя, судят о со- 45 вокупности физико-технических показателей, ответственных о эксплуатационной (остаточной) прочности контролируемого изделия.

В качестве информативнь(х составляющих в первом режиме намагничивания используют кумулянты и кумулянтные функции различных порядков. Таким орразом, в первом режиме измерения оценивают как характер распределения количества скачков Баркгаузена на различных локальных временных интервалах анализа различной кратности, так и распределение площадей скачков Баркгаузена на указанных интервалах анализа. Это связано с тем, что по мере изменения уровня зондирующего магнитного поля происходит перераспределение не только скачков Баркгаузена количест(венно, но и последние существенно меняют форму огибающих сигналов (на выходе первичного преобразователя),, связанных непосредственно с кинетикой изменения граничной энергии Е,- при смещении междоменных границ в теле контролируемого объекта. Градиент изае менения граничной энергии — - (где дх х — параметр смещения доменных границ) зависит от характера распределения дефектов на пути смещения доменных границ, т.е. в конечном итоге определяются полем остаточных напряжений в объекте контроля.

В связи с тем, что процессы цементации и азотирования непосредственно сопряжены с диффузией углерода или азота в железе или других сплавах, существенно на кинетику процесса намагничивания влияет магнитная вязкость, оказывающая влияние на скорость движения доменных границ. Таким образом, процессы цементации и азотирования существенно перераспределяют поле остаточных технологических напряжений в цементированном или аэотированном слое, характер распределения которых существенно зависит от вариации режимов выполнения процесса цементации или азотирования контролируемых иэделий и, в свою очередь, естественно сказывается на формировании реоменных структур в теле контролируемого объекта.

Кроме того, поле остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое (обусловленное механизмом диффузии атомов углерода или азота в железе или других сплавах) обуславливает перераспределение микротвердости в упрочняющем слое.

Применение критерия согласно выражению (1) позволяет дополнительно формировать параметры зондирования так, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к контролируемым параметрам, например к глубине упрочненного слоя и твердости сердцевины. Для выделения информации о характере распределения остаточных

1325347 технологических напряжений по сечению упрочненного слоя используют информацию на локальных интервалах анализа в диапазоне существования магнитных шумов Баркгаузена. При этом 5 для большой чувствительности к остаточным технологическим напряжениям в поверхностном упрочненном слое используют меру отклонения магнитных шумов от нормального закона, для чего используют информацию о инвариантных и кумулянтных функциях, ко1торые численно равны

Н

Н M 1/NЕ(E. (g)

z, 8=M - 3М

4 4 2

Н,=М, — 10ММ 3

Н = M — 15М М < — 10 М2 + 30 М, где М вЂ” центральные моменты и пои рядка, которые равны где N — количество скачков Баркгаузена.

Для повышения чувствительности к контролю структурно-реологических параметров, определяющих качество цементации и азотирования, используют информацию, взятую с локальных временных интервалов различной крат-ности, разнесенных по временной оси (Т, 1/2Т,щ, 1/4 Т„ ) кратных интервалу наличия магнитных шумов, что позволяет определять распределение остаточных технологических напряжений в упрочненном слое и, следовательно,. распределение микротвердости в последнем.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально осуществляют цикл обучения для установления оптимальной формы изменения намагничивающего тока в первом и втором режимах намагничивания. В первой фазе цикла обучения используют критерий м -ксимальной чувствительности распределения площадей скачков Баркгаузена к совокупности контролируемых физико-технических показателей.

В дальннйшем воздействуют на сменные образцы-свидетели электромагнитным полем, изменяющимся во времени согласно установленным закономерностям в завершающей фазе предыдущего (и-1) шага итерационной процедуры, и опять устанавливают уточ-. ненное значение параметров зондирования на (и+1)-й шаг итерационной процедуры. Сигнал, снимаемый с датчика 5 регистрации шумов Баркгаузена, поступает через аналоговый коммутатор 7, синхронизируемый блоком

16 управления и синхронизации, на вход фильтра 11 верхних частот, на вы. ходе которого выделяется информация о магнитных шумах Баркгаузена. Затем сигнал поступает на вход блока 22 дискриминаторов..Последний содержит

m дискриминаторов (m--8-15) с равномерным разнесением порогов дискримизации по амплитуде и формирует на выходе последних при превышении уровней дискримизации импульсы, Которые поступают в дальнейшем на вход распределителя 23, который формирует распределение импульсов поочередно на четыре преобразователя 24-27 масштабов времени, позволяющие в кбнечном итоге измерить временные интервалы между двумя соседними импульсами, поступающими из блока 23 дискриминаторов.

Затем через мультиплексор 13 и интерфейс 14 ввода-вывода сигнал поступает на блок 20 определения моментных функций, который позволяет вычислять моментные функции на локальных интервалах анализа кратных интервала наличия в спектре сигнала магнитньИ шумов Баркгаузена различной кратности, интервал анализа соответствующей кратности задается бпоком 19 управления интервала опроса, работа которого синхронизуется блоком 16 управления и синхронизации. В дальнейшем в блоке 21 вычиспения кумулянтов вычисляются согласно алгоритмам по . приведенным формулам кумулянты и кумулянтные функции. Данная информация поступает на счетно-решающий блок 15, который на ее основании воздействует на контроллер 29, изменяющий форму тока намагничивания.

1325347

55

В дальнейшем осуществляют второй цикл обучения для определения оптимальной формы намагничивающего тока для второго режима намагничивания.

Работа устройства во второй фазе обучения во многом родственна работе его в первой фазе обучения.

Отличие работы в данной фазе обучения заключается в том, что измерительная информация снимается поочередно с выходом измерительных преобразователей 3 и 4 для эталонных образцов (при этом контролируемые детали существенно отличаются между собои по совокупности контролируемых физико-технических показателей ферромагнитных изделий), а в качестве информативных составляющих откликов первичных измерительных преобразователей 3 и 4 используются глобальные и локальные функции Хаара (различной кратности). На данной фазе обучения многоуровневой итераI ционной процедуры поиска оптимальной формы тока намагничивания осуществляется по критерию *("аИ. Сигналы измерительных преобразователей

3 и 4 поочередно через аналоговый коммутатор 7 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 8, с выхода которого информация, представленная в цифровой форме, поступает на вход блока 9 буферной памяти. С выхода блока 9 буферной памяти информация по запросу блока 16 управления и синхронизации поступает в анализатор 10 спектра в базисе функций Хаара, где осуществляется параметриэация исходного сообщения. Работа тракта управления зондирующим воздействием на объект. контроля на первой и второй фазах идентична.

В третьей фазе цикла обучения устанавливают в явном виде многопара-. метровые модели контроля физико-технических показателей ферромагнитных изделий (например, твердости упрочненного слоя и сердцевины, глубины цементированного или азотированного слоя). Для этого воздействуют поочередно на сменные образцы представительной обучающей выборки электромагнитными полями согласно первому и второму режимам намагничивания. Измерительная информация снимается с преобразователей 3 и 4 и датчика 5 регистрации шумов Баркгаузена и поочередно (синхронно с намагничивающим током) поступает через аналоговый коммутатор 7 либо на вход фильтра

11 верхних частот, либо на вход аналого-цифрового преобразователя 8. В первом режиме намагничивания работает тракт сбора информации о магнитных шумах Баркгаузена, при этом наряду с информацией о распределении изменения площади скачков Баркгаузена (как в первом цикле обучения) используется информация.о количестве скачков Баркгаузена на локальных интервалах анализа различной крат- . ности.

В режиме измерения устройство работает аналогично, как в третьей фазе цикла обучения, отличие заключается в том, что контролируемое изделие помещается в измерительный пре-образователь 2 и на него накладывается датчик 5 регистрации магнитных шумов Баркгаузена, а счетно-решающий блок 15 в данном случае не реали. зует регрессионную процедуру, а-согласно установленным в цикле обучения алгоритмам, формирующим многопараметровые оценки, измеряет (точнее оценивает) уровень контролируемых физико-технических показателей фер1ромагнитных изделий, Формула изобретения

1 . Способ контроля физико-механических показателей ферромагнитных иэделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие намагничивают электромагнитным полем и регистрируют характер распределения количества скачков Баркгауэена, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности контроля, регистрируют характер распределения площадей скачков Баркгауэена, выбирают форму намагничивающего сигнала из условия максимальной чувствительности характера распределения площадей скачков Баркгаузена к контролируемым параметрам, вводят второй режим намагничивания, форму намагничивающего сигнала при котором выбирают из условия максимума интегрального параметра R*

CIaT л1 Лaca )

caaraal carroll

Ьаг Ьаr образцов, отличающихся по совокупности физико-механических параметров, 1325347!

Составитель Ю. Глазков

Редактор А. Козориэ . Техред Л.Сердюкова Корректор В. Бутяга

Заказ 3043/58 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 где hor — спектральные составляющие сигнала от эталонных образцов, регистрируют спектральные составляющие информационного сигнала в баэисе функций Хаара, а в качестве информативных составляющих используют кумулянты функций различных порядков, и по совокупности информативных параметров шумов Баркгауэена и спектральных составляющих информационного сигнала в базисе функций.Хаара судят о физико-механических параметрах изделия.

2. Устройство для контроля физико-механических показателей ферромагнитных изделий, содержащее соединенные последовательно блок намагничивания и измерительный преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, анализатор спектра в базисе 20 функций Хаара, счетно-решающий блок, генератор калиброванных сигналов и блок управления и синхронизации, выход которого соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и анализатора спектра в базисе функций Хаара, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности. контроля, оно снабжено двумя преобразователями для эталонных образцов, датчиком регистрации шумов Баркгаузена, соединенными последовательно аналоговым коммутатором, к входу которого подключены измерительный преобразователь, два 35 преобразователя для эталонных образ,цов, датчик регистрации шумов, Баркгаузена и генератор калиброванных сигналов, фильтром верхних частот, блоком интегрирования, блоком дискри 40 минаторов, четырьмя включенными параллельно преобразователями масштабов времени, мультиплексором, пятый вход которого подключен к анализатору спектра в базисе функций Хаара, и интерфейсом ввода-вывода, подключенным к счетно-решающем / блоку, блоком буферной памяти, вход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к аналоговому коммутатору, а выход — к анализатору спектра в базисе функций Хаара, соединенными последовательно нормалиэатором импульсов, прдключенным к фильтру верхних частот, и блоком регистрации количества скачков Баркгаузена, выход которого подключен к мультиплексору, соединенными последовательно блоком управления интервалом опроса, подключенным к блоку управления и синхронизации, блоком определения моментныхфункций и блоком вычисления кумулянтови соединенными последовательно перепрограммируемой постоянной памятью, подключенной к блоку определения моментных функций и интерфейсу ввода-вывода, контроллером управления сигналом намагничивания, соединенным с интерфейсом ввода-вывода и цифроаналоговым преобразователем, выход которого подключен к входу блока намагничивания, выходы которого соединены с преобразователями для эталонных образцов и датчиком регистрации шумов Баркгаузена, а управляющие входы контроллера управления сигналом намагничивания и аналогового коммутатора подключены к блоку управления и синхронизации.