Узел проходной катушки, устройство для проверки длинномерных изделий, снабженное таким узлом, и способ проверки длинномерных изделий
Использование: для проверки длинномерных изделий с помощью вихревых токов. Сущность изобретения заключается в том, что узел проходной катушки (100) для применения в устройстве проверки длинномерных изделий непрерывным способом с помощью вихревых токов включает узел катушки возбуждения с катушкой возбуждения (122), окружающей проходное отверстие (112) для пропуска длинномерного изделия (190) в направлении прохода (192), и расположенный вокруг проходного отверстия узел приемной катушки. Узел приемной катушки включает два или несколько распределенных по периферии проходного отверстия (112) сегментных узлов катушек (142-1÷142-8), при этом каждый сегментный узел катушек имеет зону приема, покрывающую лишь часть периферии поверхности длинномерного изделия. Сегментные узлы катушек (142-1÷142-8) распределены по меньшей мере по двум окружающим проходное отверстие оболочкам (S1, S2), находящимся на различных расстояниях (А1, А2) от базовой оси (114) узла проходной катушки. При этом первые сегментные узлы катушек (142-1÷142-4) без взаимного перекрытия расположены в первой оболочке (S1), а вторые сегментные узлы катушек (142-5÷142-8) без взаимного перекрытия расположены во второй оболочке (S2). Первые и вторые сегментные узлы катушек расположены с таким сдвигом по периферии относительно друг друга, что вторые сегментные узлы катушек промеряют участки периферии, не покрытые первыми сегментными узлами катушек. Технический результат: обеспечение возможности создания высокопрочного узла проходной катушки, позволяющего получать достоверные и содержательные результаты контроля на наличие дефектов и других неоднородностей в проверяемом объекте. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к узлу проходной катушки для применения в устройстве проверки длинномерных изделий непрерывным способом с помощью вихревых токов согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, к способу проверки длинномерных изделий с помощью вихревых токов согласно ограничительной части пункта 12 формулы, а также к устройству для проверки, снабженному таким узлом проходной катушки.
Уровень техники
Длинномерные изделия - это вытянутые металлические предметы, например проволока, пруток, стержни, трубы и т.п. Такие длинномерные изделия могут служить исходным материалом для изготовления высокосортного конечного продукта, и часто к их качеству предъявляются высочайшие требования. Важную часть контроля качества таких изделий составляет проверка на наличие дефектов материала, например поверхностных трещин, раковин, расслоений или других неоднородностей материала (далее называемых дефектами). При этом, как правило, стремятся осуществлять, по возможности, сплошную проверку поверхности материала с высоким разрешением, и эта проверка, по мере возможности, должна проводиться на месте изготовления согласованно с процессом изготовления и со скоростью процесса изготовления. Такого рода проверки сегодня часто проводятся электромагнитными методами, в частности непрерывным способом с применением вихревых токов. При проверке непрерывным способом проверяемый предмет (образец, испытуемый образец) с заранее заданной, иногда сравнительно высокой скоростью прохода пропускается сквозь оснащенный соответствующими датчиками участок устройства контроля и при этом проверяется.
При неразрушающем контроле материала способом вихревых токов питаемая переменным током катушка возбуждения индуцирует в проверяемом материале переменный электрический ток (вихревые токи) соответствующих направлений, величины и частоты, и возникающие неоднородности вихревых токов улавливаются и оцениваются датчиками, например узлом катушки.
При контроле с помощью вихревых токов используется тот факт, что в материале с высокой электропроводностью неоднородности или дефекты имеют электрическую проводимость или проницаемость, отличающиеся от основного проверяемого материала. Оцениваемый измерительный сигнал в первую очередь определяется проводимостью и проницаемостью материала образца и расстоянием между индукционным датчиком и поверхностью материала, причем с увеличением расстояния датчика от поверхности материала абсолютная величина сигнала дефекта, а также отношение величин полезного и шумового сигналов (отношение сигнал-шум) уменьшаются.
В одном из типов устройств для проверки изделий способом непрерывного контроля применяется охватывающий узел проходной катушки, сквозь который пропускается проверяемый предмет (длинномерное изделие). Узел проходной катушки включает узел катушки возбуждения с катушкой возбуждения, имеющей проходное отверстие для пропускания длинномерного предмета в направлении прохода. Узел катушки возбуждения включает устройство подключения для подключения катушки возбуждения к источнику переменного напряжения. Далее, предусмотрен расположенный вокруг проходного отверстия узел приемной катушки, включающий устройство подключения для подключения узла приемной катушки к блоку оценки контрольного устройства. Узел катушки возбуждения и узел приемной катушки с помощью устройств подключения подключены к электрическим или электронным компонентам контрольного устройства. Охватывающие узлы проходной катушки такого типа, как правило, сравнительно дешевы в изготовлении и благодаря их прочности надежны и экономичны даже в жестких условиях применения.
В описании к патенту DE 10135660 C1 представлен родовой узел проходной катушки, с помощью которого должны быть созданы возможности экономично и надежно обнаруживать нитевидные дефекты, обеспечивать четкость разрешения дефектов и высокую воспроизводимость результатов контроля. Этот узел проходной катушки включает охватывающий проверяемый предмет снаружи измерительный элемент в форме, по меньшей мере, трех выполненных из полосовых проводников сегментных измерительных катушек, расположенных вокруг предмета кольцом на некотором среднем радиальном расстоянии и включенных в дифференциальную или мультидифференциальную схему. Эти сегментные измерительные катушки перекрываются в периферическом направлении своими соседними концевыми участками и соединены с многоканальным электронным блоком оценки. Кроме того, эти сегментные измерительные катушки охвачены абсолютной катушкой, которую, в свою очередь, охватывает предназначенная для всех измерительных катушек катушка возбуждения. Абсолютная катушка для подгонки конфигурации к сегментным измерительным катушкам также может быть сегментирована; в этом случае сегментные абсолютные катушки перекрываются своими концевыми участками. Благодаря перекрытию в периферическом направлении действующих поверхностей сегментных измерительных катушек должно достигаться 100%-ное покрытие поверхности проверяемого предмета с одинаковым уровнем чувствительности.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить экономичный и прочный родовой узел проходной катушки для применения в контрольном устройстве проверки длинномерных изделий непрерывным способом, позволяющий получать содержательные результаты контроля на наличие дефектов и других неоднородностей в проверяемом предмете, проходящем сквозь узел. Следующая задача заключается в том, чтобы предложить способ проверки и устройство для проверки, использующие такой узел проходной катушки.
Решение этих задач достигается предложением узла проходной катушки с признаками по пункту 1 формулы настоящего изобретения. Далее, предлагаются способ проверки с признаками по пункту 12 и устройство для проверки с признаками по пункту 15 формулы изобретения.
Дальнейшие предпочтительные разработки раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения. Точный текст всей формулы изобретения дается со ссылкой на содержание настоящего описания.
Узел приемной катушки включает два или несколько узлов сегментных катушек, распределенных по периферии проходного отверстия. У каждого узла сегментных катушек есть зона приема, покрывающая лишь часть всей периферии поверхности длинномерного изделия, т.е. некоторый сегмент периферии. В таком узле проходной катушки имеется общее возбуждение для двух или нескольких сегментных узлов катушек, каждый из которых покрывает лишь часть или сегмент периферии испытуемого образца. Таким образом, все сигналы, выдаваемые отдельными сегментными узлами катушек, базируются на одном и том же возбуждении и поэтому могут непосредственно сравниваться друг с другом. В то же время сегментирование, или разделение узла приемной катушки на несколько сегментных узлов катушек, позволяет связать полученный сигнал дефекта с определенным периферическим участком поверхности предмета. Благодаря этому можно локализовать дефект не только в продольном направлении предмета, как в обычных узлах проходной катушки, но также и в периферическом направлении. При этом могут быть сохранены преимущества прочности и надежности традиционных узлов проходной катушки.
В предлагаемом изобретении предусмотрено распределение сегментных узлов катушек, по меньшей мере, по двум охватывающим проходное отверстие оболочкам с различными расстояниями от базовой оси узла проходной катушки. При этом первые сегментные узлы катушек расположены в первой оболочке без взаимного перекрытия в периферическом направлении. В отличие от них вторые сегментные узлы катушек расположены без взаимного перекрытия в периферическом направлении во второй оболочке. Между оболочками имеется расстояние в радиальном направлении, измеряемом от базовой оси, так что расстояние от базовой оси первых сегментных узлов катушек отличается от соответственного расстояния вторых сегментных узлов катушек. При этом понятие «оболочка» обозначает расположенную вокруг базовой оси периферическую поверхность, двухмерные сегменты которой параллельны базовой оси и частично или полностью изогнуты в периферическом направлении.
Радиальные расстояния поверхностей от базовой оси определяются заранее заданной функцией расстояния. Благодаря тому что все сегментные узлы катушек одной оболочки расположены на этой оболочке, функция расстояния точно определяет радиальное расстояние от базовой оси каждой точки каждого сегментного узла катушек одной оболочки. Сегментные узлы катушек одной оболочки расположены на этой оболочке без взаимного перекрытия. Они могут непосредственно граничить друг с другом в периферическом направлении. Однако, как правило, между обращенными друг к другу концами соседних сегментных узлов катушек имеется некоторый зазор в периферическом направлении.
При определенном расстоянии между первой и второй оболочками имеется возможность непосредственно сравнивать сигналы первых и вторых сегментных узлов катушек, так как получаемые сигналы дефектов, как правило, подчиняются характеристической зависимости от расстояния и, при известной функции расстояния, могут сравниваться друг с другом.
При этом расположение катушек на двух или нескольких перекрывающихся в направлении прохода оболочках позволяет точно связать полученный сигнал дефекта с определенным местом вдоль оси проверяемого длинномерного изделия.
Неприменение взаимных перекрытий в периферическом направлении рассматривается как преимущество. По наблюдениям изобретателя, в зонах перекрытия, номинально равноудаленных от базовой оси сегментных узлов катушек, определяющие для контроля испытуемого образца расстояния сигналообразующих узлов катушек от поверхности образца отличаются от таковых расстояний вне зон перекрытия, в результате чего возможны неточности измерений. Неприменение взаимных перекрытий позволяет избежать этих неточностей.
Однако для обеспечения контроля без пропусков в периферическом направлении первые и вторые сегментные узлы катушек таким образом смещены относительно друг друга в периферическом направлении, что лежащие между первыми сегментными узлами катушек периферические участки частично или полностью могут проверяться вторыми сегментными узлами катушек. Другими словами, первые и вторые сегментные узлы катушек расположены с таким смещением относительно друг друга в периферическом направлении, что вторые сегментные узлы катушек проверяют те периферические участки, которые не покрываются первыми сегментными узлами катушек. Таким образом, первые и вторые сегментные узлы катушек покрывают различные периферические участки проверяемого длинномерного изделия, при этом проверяемые зоны в общем так дополняют друг друга или, при необходимости, частично перекрываются, что создают возможность контроля без пропусков в периферическом направлении.
Формулируя иначе, сегментные узлы катушек расположены на своих оболочках без взаимных перекрытий, при этом сегментные узлы катушек, расположенные на разных оболочках, таким образом смещены относительно друг друга в периферическом направлении, что сегментные узлы катушек всех оболочек покрывают всю периферию.
Предпочтительно сегментные узлы катушек распределены именно по двум оболочкам, т.е. именно по первой и второй оболочкам. Благодаря этому образуется конструктивно менее сложная структура и достаточно лишь двух значений функции расстояния, соответствующих получаемым сигналам сегментных узлов катушек. Можно, однако, распределить сегментные узлы катушек и по большему числу оболочек, например по трем, четырем, пяти или шести оболочкам, разделенным соответствующими расстояниями в радиальном направлении. При этом полное покрытие периферии может достигаться только сочетанием сегментных узлов катушек трех или нескольких оболочек.
Во многих вариантах осуществления первые сегментные узлы катушек расположены на первом радиальном расстоянии от базовой оси в первой оболочке, имеющей форму кругового цилиндра, а вторые сегментные узлы катушек расположены на втором, отличном от первого, радиальном расстоянии от базовой оси во второй оболочке, имеющей форму кругового цилиндра. Когда поперечное сечение обладает центральной симметрией, ось, проходящая через центр симметрии, может быть названа центральной базовой осью или центральной осью. В таких вариантах осуществления оболочки образуют коаксиальные боковые поверхности круговых цилиндров с центральной осью узла проходной катушки. Варианты осуществления с круговым поперечным сечением предпочтительны, например, для проверки круглого материала (длинномерных изделий с круговым поперечным сечением, сплошных или в виде труб), но при соответствующей оценке сигналов могут применяться и для проверки длинномерных изделий с многоугольным сечением.
В альтернативных вариантах осуществления форма поперечного сечения оболочек может отклоняться от круговой. Так, например, возможны оболочки с овальным сечением или сечением в форме яйца. Возможны также оболочки с многоугольным сечением, например, по существу, квадратным с закругленными угловыми зонами. Радиальные расстояния между оболочками и до базовой оси не обязательно должны быть равномерными, но могут варьироваться в периферическом направлении.
Во избежание слишком больших различий чувствительности между сегментными узлами катушек разных оболочек радиальные расстояния между первой и второй оболочками или между соседними оболочками должны составлять не более одного сантиметра, предпочтительно 1 мм или менее, в частности от 0,1 мм до 1 мм. Возможны расстояния и большей величины; в этом случае различия интенсивности сигналов должны компенсироваться или учитываться электронными или расчетными средствами.
Количество сегментных узлов катушек в одной оболочке может согласовываться с задачей проверки. Возможны одинаковые количества сегментных узлов катушек во всех оболочках. Но могут быть предусмотрены и неравные количества сегментных узлов катушек в оболочках.
Часто бывает предпочтительно располагать четное число сегментных узлов катушек в оболочке, например два, четыре, шесть или восемь сегментных узлов. Альтернативно или дополнительно может быть предусмотрено расположение в одной оболочке пары или нескольких пар диаметрально противолежащих сегментных узлов катушек. Это может предусматриваться для отдельных, нескольких или всех оболочек.
В общем случае, узел приемной катушки может включать несколько пар диаметрально противолежащих сегментных узлов катушек. Это может обеспечить преимущества при оценке сигнала. Такая мера может быть предпочтительна в конструкции узла проходной катушки с оболочками (согласно предлагаемому изобретению) или в конструкции родового узла проходной катушки без оболочек.
Сегментные узлы катушек могут быть реализованы в различных вариантах осуществления, приспособленных к соответствующей цели применения. Сегментный узел катушек может включать только один или несколько узлов дифференциальных катушек, только один или несколько узлов абсолютных катушек - или сочетание, по меньшей мере, одного узла дифференциальных катушек и, по меньшей мере, одного узла абсолютных катушек.
При этом в объем понятия «узел дифференциальных катушек» входят как простые, так и множественные узлы дифференциальных катушек. Электрические сигналы, вырабатываемые узлом дифференциальных катушек, обычно называют дифференциальными сигналами.
Узел абсолютных катушек выдает абсолютные сигналы. При соответствующей оценке они могут быть использованы для обнаружения дефектов. Так как амплитуды абсолютных сигналов сильно и характерным образом зависят от расстояния между узлом абсолютных катушек и поверхностью испытуемого образца, узел абсолютных катушек может, при соответствующей оценке абсолютных сигналов, служить датчиком расстояния, если узел подключен к блоку оценки расстояния и абсолютные сигналы соответственно оцениваются как сигналы расстояния (ср., например, документ DE 4438171 A1).
Предпочтительно каждый из сегментных узлов катушек включает, по меньшей мере, один узел дифференциальных катушек. При этом понятие «узел дифференциальных катушек» обозначает узел катушек, включающий два или несколько узлов секций катушек, работающих навстречу друг другу. В результате изменение пронизывающего узел дифференциальных катушек магнитного поля лишь тогда создает сигнал, когда изменения напряженности поля в работающих навстречу узлах секций катушек различны. Если же, напротив, изменений поля нет или если изменения поля действуют в работающих навстречу узлах секций катушек с одинаковой силой, то выходной сигнал не вырабатывается. С помощью узлов дифференциальных катушек можно обеспечить особенно чувствительную дефектоскопию даже для дефектов малых размеров. Узлы дифференциальных катушек предпочтительно располагают так, чтобы можно было улавливать дифференциальные сигналы по всей периферии испытуемого образца, таким образом с помощью узлов дифференциальных катушек можно обеспечить контроль без пропусков в периферическом направлении.
Сегментный узел катушек, в дополнение к узлу дифференциальных катушек, предпочтительно включает также узел абсолютных катушек. Такой узел может быть предусмотрен для всех сегментных узлов катушек или только для некоторой части сегментных узлов. При этом понятие «узел абсолютных катушек» обозначает узел катушек, который при изменении пронизывающего узел магнитного поля дает выходной сигнал (абсолютный сигнал). Узел абсолютных катушек может включать несколько узлов секций катушек. Но они, в отличие от узла дифференциальных катушек, включены в одном направлении относительно пронизывающего магнитного поля, поэтому изменение поля создает сигнал в каждом узле секций катушек, и эти сигналы на выходе узла абсолютных катушек суммируются.
Такая мера может быть предпочтительна в конструкции узла проходной катушки с оболочками (согласно предлагаемому изобретению) или в конструкции родового узла проходной катушки без оболочек.
С помощью узла дифференциальных катушек можно с высокой чувствительностью определять, например, пустоты и дефекты, идущие в поперечном направлении. Кроме того, можно определять изменения глубины дефектов, идущих в продольном направлении. С помощью узла абсолютных катушек можно, помимо прочего, определять по всей длине однородные дефекты, идущие в продольном направлении. Одновременный прием дифференциальных и абсолютных сигналов позволяет надежно определять типы дефектов.
Кроме того, с помощью узла абсолютных катушек можно снимать сигналы расстояния, а именно, из составляющих сигнала узла абсолютных катушек можно извлечь информацию о расстоянии между сегментными узлами катушек, с одной стороны, и поверхностью испытуемого образца, с другой, т.е. о контрольном расстоянии. Эти сигналы расстояния могут быть использованы, например, электронной частью или программно для компенсации различий в расстояниях, чтобы, к примеру, при нецентральном положении части образца улучшить сопоставимость сигналов дефектоскопии, получаемых от разных сегментов.
Узел дифференциальных катушек и узел абсолютных катушек предпочтительно располагают на одном общем несущем элементе. Таким образом можно механически точно определить расположение этих узлов катушек относительно друг друга. Во многих вариантах осуществления несущий элемент имеет внутреннюю (обращенную к проходящему проверяемому изделию) поверхность и наружную поверхность, причем узел дифференциальных катушек и узел абсолютных катушек, по меньшей мере частично, располагаются на одной и той же поверхности несущего элемента. Те части узлов катушек, которые располагаются на одной поверхности, находятся на одном и той же, заранее заданном формой оболочки, расстоянии от базовой оси узла проходной катушки, так что для них возможно непосредственное проведение общей оценки сигналов.
Такая мера может быть предпочтительна в конструкции узла проходной катушки с оболочками (согласно предлагаемому изобретению) или в конструкции родового узла проходной катушки без оболочек.
Во многих узлах проходной катушки предусмотрено расположение узла дифференциальных катушек в сегментном узле катушек, по существу, симметричное относительно некоторой плоскости катушки (обычно - относительно средней плоскости) узла катушки возбуждения, и несимметричное относительно этой плоскости катушки расположение узла абсолютных катушек частично или полностью в неоднородной зоне поля, созданного узлом катушки возбуждения. Благодаря этому возможно особенно чувствительное определение расстояния с помощью узла абсолютных катушек. При этом следует учитывать, что обмотки узла абсолютных катушек обычно лежат на изогнутой поверхности, перпендикулярной плоскости катушки возбуждения. В случае такого асимметричного расположения, по меньшей мере, часть вырабатывающих сигнал обмоток находится в неоднородной зоне поля, и возникающее там в месте расположения узла абсолютных катушек магнитное поле, которое пронизывает узел абсолютных катушек, имеет радиальную составляющую (y-составляющую). Величина этой составляющей сильно меняется в зависимости от расстояния между узлом абсолютных катушек и поверхностью длинномерного изделия, влияющего на распределение силовых линий поля в месте расположения узла абсолютных катушек. Таким образом, узел абсолютных катушек располагается в градиентном поле, меняющемся под действием изменения радиального расположения длинномерного изделия при проходе. При нецентральном, или внецентренном, положении длинномерного изделия возникает изменение магнитного потока сквозь витки узла абсолютных катушек, которое может быть зарегистрировано узлами абсолютных катушек, используемыми как датчики расстояния.
Во многих вариантах осуществления особенно сильный и устойчивый сигнал расстояния достигается тем, что узел абсолютных катушек включает узлы секций катушек, расположенные симметрично относительно некоторой плоскости катушки или средней плоскости узла катушки возбуждения, причем в первой неоднородной зоне поля перед плоскостью катушки расположен первый узел секций катушек, а во второй неоднородной зоне поля за плоскостью катушки расположен второй узел секций катушек, и при этом первый и второй узлы секций катушек включены навстречу друг другу. Силовые линии неоднородного поля пронизывают узлы секций катушек в разных направлениях. Встречным включением достигают того, что напряжения, индуцированные в узлах секций катушек, суммируются, что дает сильные сигналы расстояния.
Сегментация используемых как датчики расстояния узлов абсолютных катушек в сочетании с расположением в неоднородной части магнитного поля дает сегментированные датчики определения расстояния, которые, в отличие от обычных узлов абсолютных катушек, используют не силовые линии, идущие приблизительно в направлении прохода проверяемого длинномерного изделия, а перпендикулярные им составляющие магнитных силовых линий. С помощью этих магнитных силовых линий определяется изменение градиентного поля в зависимости от положения проверяемого длинномерного изделия.
Такая мера может быть предпочтительна в конструкции узла проходной катушки с оболочками (согласно предлагаемому изобретению) или в конструкции родового узла проходной катушки без оболочек.
Открываемая сегментацией возможность вырабатывать с помощью узлов абсолютных катушек отдельные сигналы расстояния для различных участков периферии длинномерного изделия позволяет извлекать из сигналов расстояния информацию о положении длинномерного изделия внутри узла проходной катушки.
Общая оценка абсолютных сигналов попарно диаметрально противолежащих элементов сегментных узлов катушек позволяет, к примеру, особенно просто определять максимальный размер сечения испытуемого образца в соответствующем диагональном направлении, а при определенных условиях - также и изменения этого размера и/или эксцентриситеты.
Такая мера может быть предпочтительна в конструкции узла проходной катушки с оболочками (согласно предлагаемому изобретению) или в конструкции родового узла проходной катушки без оболочек.
Настоящее изобретение относится также к способу проверки длинномерных изделий, в котором длинномерное изделие пропускается в направлении прохода сквозь узел проходной катушки описанного в настоящей заявке вида.
Такие узлы проходной катушки допускают способы оценки, невозможные в традиционных узлах проходной катушки.
Так, например, во многих вариантах осуществления используется общая оценка сигналов попарно диаметрально противолежащих сегментных узлов катушек.
В одном из вариантов общая оценка включает определение суммарного сигнала и/или разностного сигнала для сигналов расстояния или абсолютных сигналов попарно диаметрально противолежащих сегментных узлов катушек. С помощью такой оценки может быть определен как диаметр, так и эксцентриситет.
С помощью оценки сигналов расстояния нескольких (например, трех, четырех, пяти или шести) смещенных в периферическом направлении узлов абсолютных катушек можно, в частности, определить значения диаметра, вариаций диаметра и/или эксцентриситетов испытуемого образца относительно узла проходной катушки.
Во многих вариантах осуществления из сигналов нескольких распределенных по периферии узлов абсолютных катушек извлекается информация о диаметре, форме проверяемой части образца, его некруглости и/или смещении оси испытуемого изделия относительно оси узла проходной катушки.
Еще одно преимущество использования настоящего изобретения заключается в возможности составления карты дефектов, содержащей привязку сигналов дефектов к соответствующим участкам периферии проверяемого предмета. Такая информация позволяет значительно повысить качество и точность оценки дефектов. Так, например, если принципиально устранимый дополнительной обработкой дефект находится на участке периферии, который, как можно предвидеть, не будет подвергаться критическим нагрузкам при последующем применении, то от дополнительной обработки можно отказаться. Если же дополнительная обработка требуется, то наличие карты дефектов уже ограничивает дефектную зону сравнительно малым участком периферии, облегчая поиск дефекта. В случае принципиально неустранимого дефекта наличие карты дефектов позволяет определить, находится ли дефект на критическом или, может быть, на некритическом участке периферии, и, соответственно, позволяет точнее, чем можно было раньше, решить вопрос о дальнейшем использовании образца. Это может быть целесообразно, например, при проверке сварных труб в плане различной оценки дефектов шва и дефектов стенки, а также при проверке многоугольных профилей для соответствующей оценки дефектов кромок и поверхностей. Такие различения и их оценка особенно важны для возможности своевременного вмешательства в процесс производства еще на стадии изготовления с целью получения бездефектного изделия.
Карта дефектов может также содержать данные о диаметре, форме проверяемой части образца и/или некруглости проверяемого предмета в зависимости от положения в продольном направлении.
При сочетании этой методики с оболочечной конструкцией узла проходной катушки могут быть получены особенно точные результаты проверки. В принципе, такие меры могут быть предпочтительны и в конструкции узла проходной катушки с оболочками (согласно предлагаемому изобретению), и, частично, в конструкции родового узла проходной катушки без оболочек.
Эти и дальнейшие особенности вытекают не только из формулы изобретения, но также из настоящего описания и чертежей, причем отдельные особенности в различных вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы по отдельности или совместно, в виде частичных сочетаний, также и в иных областях применения и могут давать обеспечивающие преимущества и независимо охраноспособные исполнения. Примеры осуществления настоящего изобретения представлены на чертежах и более подробно объясняются ниже.
Краткое описание графических материалов
На ФИГ.1 показана аксонометрическая проекция варианта осуществления соответствующего настоящему изобретению узла проходной катушки с движущимся сквозь проходное отверстие проверяемым предметом;
на ФИГ.2 схематически показан вид по оси узла проходной катушки ФИГ.1;
на ФИГ.3 показан продольный разрез катушки возбуждения в форме кругового цилиндра с символическим изображением магнитных силовых линий;
на ФИГ.4 показана деталь картины магнитного поля вокруг катушки возбуждения;
на ФИГ.5 показана аксонометрическая проекция варианта осуществления сегментного узла катушек;
на ФИГ.6 показаны различные варианты расположения оболочек с узлами дифференциальных и абсолютных катушек и
на ФИГ.7 показан вариант осуществления узла проходной катушки с приблизительно квадратным поперечным сечением.
Осуществление изобретения
На схематической аксонометрической проекции ФИГ.1 показаны элементы устройства для неразрушающего контроля непрерывным способом с помощью вихревых токов вытянутых электропроводящих предметов или длинномерных изделий. В показанном примере проверяемый предмет (образец, испытуемый образец) представляет собой металлическую трубу 190, которая со скоростью, достигающей по порядку величины нескольких метров в секунду, пропускается в направлении прохода 192 сквозь контрольный участок устройства проверки. При этом устройство проверки может быть встроено в производственную линию, например трубосварочную линию. Возможно также размещение устройства проверки в отдельной проверочной линии, включающей проверочный участок, на котором обеспечивается оптимальная подача проверяемого материала сквозь участок контроля. Проверочный участок включает, в частности, направляющие и позиционирующие устройства, обеспечивающие максимально центральное прохождение центральной продольной оси проверяемого предмета сквозь участок контроля.
На участке контроля расположен стационарный узел 100 проходной катушки. В его состав входит показанный на ФИГ.2 каркас 110 катушки, изготовленный в виде, по существу, цилиндрической гильзы из электрически непроводящего или плохо проводящего материала, например из полимерного материала с волоконным усилением. Замкнутый в периферическом направлении каркас катушки ограничивает круглое проходное отверстие 112 для пропускания проверяемого предмета 190. В центре проходного отверстия проходит центральная ось 114 узла проходной катушки, служащая базовой осью. Внутренний диаметр каркаса катушки на несколько процентов превышает максимальный наружный диаметр проводимого сквозь узел проверяемого предмета, что позволяет при проверке всех проводимых сквозь узел проходной катушки проверяемых предметов различных диаметров избежать непосредственного контакта между проверяемым предметом и узлом проходной катушки.
С наружной стороны каркаса катушки размещены электрические компоненты узла проходной катушки, а именно узел катушки возбуждения и узел приемной катушки. Узел катушки возбуждения 120 включает одну-единственную катушку возбуждения в виде катушки 122 с ленточной обмоткой. Последняя выполнена плоской лентой из хорошо проводящего металлического материала, например из меди; эта лента кольцом огибает каркас катушки и, соответственно, проходное отверстие и в зоне подсоединения включает два отогнутых радиально наружу участка 124, разделенных изолирующим слоем из диэлектрика. Эта ленточная катушка состоит из одного-единственного витка, замкнутого практически по всей периферии (за исключением зоны изолирующего слоя). Плоскость катушки возбуждения перпендикулярна центральной оси 114. Измеренная в радиальном направлении толщина изогнутой ленточной катушки может составлять, например, от 0,5 мм до 1 мм, и эта толщина в несколько раз меньше ширины ленточной катушки, измеренной параллельно центральной оси 114 узла проходной катушки, каковая ширина может, в зависимости от диаметра, составлять несколько миллиметров или несколько сантиметров. Так, например, эта ширина может составлять более 10% внутреннего диаметра в свету ленточной катушки, к примеру, составлять около 15% этого внутреннего диаметра в свету. Оба конца ленточной катушки подключены показанными штрихпунктирной линией проводниками к соединительному устройству 128, через которое узел катушки возбуждения может быть соединен с источником переменного напряжения 130 устройства для проверки. Для согласования полных сопротивлений элемента возбуждения 122 и источника переменного напряжения 130 между ними может быть включен трансформатор 127. Узел катушки возбуждения может работать на одной частоте возбуждения или на нескольких различных частотах возбуждения.
Далее, внутри узла катушки возбуждения соосно с ним располагается вокруг проходного отверстия 112 узел приемной катушки с соединительным устройством 148 для подсоединения узла приемной катушки к блоку оценки 150 устройства для проверки.
Узел приемной катушки в данном примере включает восемь распределенных по периферии проходного отверстия сегментных узлов катушек 142-1÷142-8, которые разделены на две группы по четыре сегментных узла в каждой. Четыре первых сегментных узла катушек 142-1÷142-4 расположены на первом радиальном расстоянии А1 от центральной оси 114 узла проходной катушки без взаимного перекрытия в первой оболочке S1, имеющей форму кругового цилиндра. Четыре вторых сегментных узла катушек 142-5÷142-8 расположены на втором радиальном расстоянии А2, которое больше первого радиального расстояния А1, без взаимного перекрытия во второй оболочке S2, лежащей между первой оболочкой S1 и катушкой возбуждения 122.
Различие расстояний А1 и А2, или радиальное расстояние между оболочками, должно быть как можно меньше, чтобы принятые на разных оболочках сигналы имели, по возможности, близкую величину. Радиальное расстояние между оболочками, по возможности, должно быть не более 1 см, предпочтительно 1 мм или менее, например от 0,1 мм до 1 мм. Нижняя граница этого расстояния определяется, в первую очередь, условиями изготовления.
Каждый из равномерно распределенных по первой оболочке первых сегментных узлов катушек имеет зону приема, покрывающую лишь часть, примерно равную 50°, периферии поверхности проверяемого предмета. Между первыми сегментными узлами катушек в периферическом направлении остаются промежутки. И расположенные радиально дальше вторые сегментные узлы катушек также покрывают, каждый, лишь часть, примерно равную 50°, периферии образца и расположены с промежутками в периферическом направлении. Вторые сегментные узлы катушек расположены с таким сдвигом по периферии относительно первых сегментных узлов катушек, что каждый из вторых сегментных узлов катушек 142-5÷142-8 полностью покрывает один из имеющихся между первыми сегментными узлами катушек промежутков в периферическом направлении, а своими концевыми участками еще и перекрывается с концевыми участками соответствующих первых сегментных узлов катушек 142-1÷142-4. Таким образом, распределенные по двум оболочкам сегментные узлы катушек совместно образуют замкнутое в периферическом направлении кольцо вокруг проходного отверстия 112.
Каждый из сегментных узлов катушек по собственному каналу K1÷K8 через многоканальное соединительное устройство 148 подсоединен к блоку оценки 150, так что возможна раздельная оценка контрольных сигналов всех сегментных узлов катушек.
В этой «оболочечной модели» обмотки или витки расположенных на общей оболочке сегментных узлов катушек всегда полностью находятся ровно на одном и том же радиальном расстоянии от центральной оси, т.е. лежат на окружности одного радиуса. В многослойных сегментных узлах катушек на одном и том же радиусе лежат радиальные середины рабочих участков обмоток. Таким образом, все участки обмоток сегментных узлов катушек одной оболочки благодаря своему геометрическому расположению обладают одинаковой чувствительностью, вследствие чего достигается возможность непосредственного сравнения сигналов датчиков. При этом оболочечная модель устраняет до сих пор не принимавшуюся в расчет проблему, возможную в такого рода конструкциях и связанную с взаимным перекрытием концевых участков лежащих на одном радиусе сегментных узлов катушек. В случае крутизны функции расстояния в несколько дБ на 1 мм расстояния, традиционные конструкции с взаимным перекрытием могут при анализе сигналов дефектов давать расхождения более одного дБ. Это снижает возможности интерпретации сигналов измерений. Таких критических перекрытий удастся избежать.
В оболочечной модели сегментные узлы катушек разных оболочек вследствие наличия разности расстояний А2-А1 обладают разной чувствительностью. Но в пределах одной оболочки благодаря отсутствию взаимных перекрытий нет различий чувствительности. И, зная зависимость чувствительности сегментных узлов катушек от расстояния, можно различия чувствительности компенсировать электронно или с помощью соответствующего программного обеспечения оценки.
Сегментные узлы катушек выполнены, каждый, как ленточные узлы катушек в том смысле, что боковой размер цилиндрически изогнутой поверхности узла катушки существенно больше размера в направлении, перпендикулярном к этой поверхности. При этом катушки образованы изготовленными по технологии печатных плат печатными проводниками 144, нанесенными на гибкий электрически непроводящий материал подложки (ср. ФИГ.5). При изготовлении узла проходной катушки снабженная печатными проводниками подложка внутренних (первых) сегментных узлов катушек непосредственно накладывается на цилиндрически изогнутую наружную поверхность каркаса 110 катушки и закрепляется на нем, например, с помощью клея. Непосредственно на внутреннюю подложку сверху могут накладываться подложки наружных (вторых) сегментных узлов катушек - для достижения минимально возможного радиального расстояния между оболочками. Возможно также согласовать друг с другом радиальные расстояния каркасов катушек.
Все выводы для подсоединения печатных проводников изолированы друг от друга на узком плоском контактном выводе, который может быть соответствующим кабелем подсоединен к соединительному устройству 148. Между катушками сегментных узлов 142-1÷142-8 и соединительным устройством 148 могут быть включены усилители для усиления сигналов и/или для развязки индуктивного полного сопротивления катушки и преимущественно емкостного полного сопротивления кабеля.
В собранном узле проходной катушки сегментные узлы катушек находятся между каркасом 110 катушки и расположенной снаружи катушкой возбуждения 122. Между наружной поверхностью проверяемого предмета и каждым из сегментных узлов катушек имеется контрольное радиальное расстояние, которое, например, в случае проверяемого предмета в форме кругового цилиндра одинаково для всех сегментных узлов катушек одной оболочки, если проверяемый предмет проходит по оси узла проходной катушки.
Каждый сегментный узел катушек 142-1÷142-8 включает узел дифференциальных катушек и узел абсолютных катушек. Благодаря этому для каждого участка периферии может быть отдельно замерен - и соответствующему участку периферии приписан - как дифференциальный, так и абсолютный сигнал. С помощью узла дифференциальных катушек могут быть надежно обнаружены даже мелкие дефекты и неоднородности в общем однородного электропроводящего основного материала, так как осевым дифференцированием участков катушек можно в значительной мере компенсировать не указывающие на дефекты части сигналов. При этом сегментация дает возможность локализовать дефект в периферическом направлении. Так, например, дефект типа трещины F1 на периферии трубы 190 даст сигнал дефекта только в сегментном узле катушек 142-6 второй оболочки S2, так как при проходе проверяемого предмета траектория движения этого дефекта пройдет через зону регистрации только одного этого сегментного узла катушек. В отличие от F1, смещенный в периферическом и осевом направлениях второй дефект F2 с запаздыванием по времени даст сигнал дефекта в расположенном со смещением по периферии сегментном узле катушек 142-1 внутренней первой оболочки. Таким образом, оба дефекта могут быть локализованы как в осевом, так и в периферическом направлении. Соответствующие сигналы дефектов подаются по раздельным каналам в блок оценки 150 и там могут быть приписаны к соответственным участкам периферии.
С помощью узла абсолютных катушек сегментного узла катушек могут быть опознаны в качестве сигналов дефектов, в первую очередь, сигналы от идущих в продольном направлении дефектов типа царапин. Однако особенно важна при этом возможность использования абсолютных катушек в качестве датчиков расстояния. Величина абсолютного сигнала сильно зависит от расстояния между узлом абсолютных катушек и поверхностью изделия, причем с увеличением этого расстояния амплитуда сигнала и отношение полезный сигнал-шум падают. В известном диапазоне расстояний эта зависимость, по существу, линейна или хорошо калибруется линейной зависимостью, так что узлы абсолютных катушек могут быть использованы и как датчики расстояния.
Образованные узлами абсолютных катушек датчики расстояния расположены в той же перпендикулярной направлению прохода плоскости, что и узлы дифференциальных катушек, регистрирующие сигналы дефектов. Блок оценки 150 включает устройство оценки расстояния и сконфигурирован так, чтобы информацию о расстоянии, которую можно извлечь из сигналов узла абсолютных катушек, можно было переработать далее для различных целей оценки.
В данном примере осуществления абсолютные сигналы или сигналы расстояния узлов абсолютных катушек отдельных сегментных узлов катушек можно однозначно сопоставить с дифференциальными сигналами узлов дифференциальных катушек соответствующих сегментных узлов катушек. Но это не является обязательным. Так, например, можно оценивать на информацию о расстоянии абсолютные сигналы лишь небольшого числа избранных узлов абсолютных катушек. К примеру, может быть достаточно выделять только четыре сигнала расстояния из четырех различных (например, попарно противолежащих) узлов абсолютных катушек, и эти сигналы расстояния программно учитывать при обработке дифференциальных сигналов всех восьми узлов дифференциальных катушек.
Далее, с привлечением ФИГ.3-6, объясняется, как в вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть использованы сегментированные узлы абсолютных катушек для выработки сигналов расстояния. Для этого на ФИГ.3 показан продольный разрез катушки возбуждения 122 в форме кругового цилиндра; разрез сделан параллельно центральной оси 114, или параллельно направлению прохода проверяемого длинномерного изделия. Катушка возбуждения образует электрический проводник, сквозь который в периферическом направлении протекает переменный ток, создающий переменное электромагнитное поле, магнитные силовые линии (показаны стрелками) которого, охватывающие катушку возбуждения, по существу, перпендикулярны направлению протекания тока. При этом симметрично относительно средней в осевом направлении плоскости М катушки возбуждения - или симметрично относительно центральной плоскости катушки - возникает участок FH, по существу, однородного поля, в котором магнитные силовые линии в значительной мере параллельны направлению прохода, или перпендикулярны плоскости катушки возбуждения. С каждой из сторон в осевом направлении к однородному участку FH поля примыкает по неоднородному участку F1 поля, и неоднородному таким образом, что магнитные силовые линии идут не параллельно друг другу и центральной оси.
Вблизи осевых концов катушки возбуждения, а также в зоне возвратного хода магнитных силовых линий вне катушки возбуждения магнитная индукция B имеет не только x-составляющую, параллельную центральной оси катушки возбуждения, но также и некоторую конечную y-составляющую в радиальном направлении относительно центральной оси. На ФИГ.4 схематически показаны составляющие магнитной индукции Вх и By. На ФИГ.3 неоднородный участок поля, частично захватывающий внутренность катушки возбуждения и включающий наружную зону возвратного потока, выделен штриховкой. Зона однородного поля не заштрихована. Можно представить себе размещение узла абсолютных катушек в зоне неоднородного поля - для компенсации расстояния.
В вариантах осуществления настоящего изобретения сегментированные узлы абсолютных катушек применяются в качестве датчиков расстояния, причем, в отличие от традиционных способов, используются не те магнитные силовые линии, которые идут параллельно направлению прохода проверяемого длинномерного изделия, а перпендикулярные к этому направлению составляющие магнитной индукции, т.е. y-составляющие. При этом используется то, что, в зависимости от положения проверяемого длинномерного изделия, возникают изменения абсолютных значений и градиентов магнитной индукции, которые могут быть замерены в зоне неоднородного поля. Причем регистрируется, по существу, созданное катушкой возбуждения первичное магнитное поле, которое, однако, возмущено и ослаблено возникшими в длинномерном изделии магнитными полями вихревых токов. Замер осуществляется не в приблизительно однородной зоне FH, а в неоднородной зоне возвратного потока, где определяющим является не однородное значение индукции, а поле градиентов, которое может быть изменено эксцентриситетом проверяемого длинномерного изделия. Это происходит в силу эффекта близости, создающего в проверяемом длинномерном изделии различные вихревые токи, в зависимости от эксцентриситета изделия, и тем самым влияющего на магнитные силовые линии в зоне возвратного потока.
В традиционных кольцевых абсолютных катушках, охватывающих проверяемый предмет, эти эффекты в значительной мере гасятся внутри катушки, так что, зачастую, результирующие сигналы не позволяют вывести пригодное для использование заключение о возможном эксцентриситете проходящего длинномерного изделия. Напротив, в вариантах осуществления настоящего изобретения изменения градиентного поля могут быть замерены для определения расстояния и переработаны в виде сигналов расстояния.
Для иллюстрации этого на ФИГ.5 схематически показана аксонометрическая проекция варианта осуществления сегментного узла катушек 542, расположенного в одной из оболочек узла проходной катушки. На цилиндрически изогнутой диэлектрической подложке 510 размещены электрически изолированные друг от друга узел дифференциальных катушек 520 и узел абсолютных катушек 530. Узел абсолютных катушек включает расположенный в осевом направлении с одной стороны от узла дифференциальных катушек первый узел секций катушек 530-1 и расположенный в осевом направлении с другой стороны от узла дифференциальных катушек второй узел секций катушек 530-2. Обмотки обоих узлов секций катушек включены навстречу друг другу.
На ФИГ.3 показано расположение сегментного узла катушек 542, встроенного внутрь катушки возбуждения 122. Видно, что во встроенном состоянии сегментный узел катушек таким образом расположен относительно плоскости катушки возбуждения (средней плоскости М), что узел дифференциальных катушек 520 располагается симметрично относительно плоскости катушки в зоне FH однородного поля катушки возбуждения. В отличие от сегментного узла примыкающие в осевом направлении к концам узла дифференциальных катушек узлы секций катушек узла абсолютных катушек находятся уже в зоне F1 неоднородного поля, так что плоскость катушки, определяемую положением обмоток узлов секций катушек, пронизывают идущие радиально относительно центральной оси y-составляющие магнитных силовых линий.
И решающим для функционирования узла абсолютных катушек в качестве датчика расстояния является тот факт, что два узла секций катушек 530-1 и 530-2 пронизаны неоднородным полем с различными направлениями магнитных силовых линий (см. кружки, символически изображающие магнитное поле на ФИГ.5). При этом y-составляющие магнитной индукции индуцируют напряжения. При последовательном включении узлов секций катушек произошла бы частичная или полная компенсация индуцированных в катушках напряжений. В случае же предусмотренного здесь встречного включения, напротив, достигается суммирование напряжений, индуцированных в обоих узла секций катушек, так что изменения градиентного поля дают сильный абсолютный сигнал ABS. Дополнительное преимущество этой конструкции узла абсолютных катушек, симметричной относительно средней плоскости М катушки возбуждения, заключается в том, что не оказывается отрицательного воздействия на обнаружение дефектов.
В окончательно смонтированном контрольном устройстве узел абсолютных катушек 530 подключен к встроенному в блок оценки 150 устройству оценки расстояния 152.
С выводов узла дифференциальных катушек 520 снимается дифференциальный сигнал DIFF. Он также оценивается в блоке оценки 150.
При вводе длинномерного изделия и создании связанного с ним вторичного магнитного поля возникающих в длинномерном изделии вихревых токов распределение магнитных силовых линий меняется. В случае центрального расположения длинномерного изделия вдоль центральной оси узла проходной катушки сдвиг магнитных силовых линий везде одинаков. Напротив, при нецентральном расположении длинномерного изделия возникает несимметричное распределение магнитных силовых линий, которое может быть зарегистрировано узлами абсолютных катушек, работающими в качестве датчиков расстояния.
В этом варианте осуществления узел абсолютных катушек образован обмотками, которые на первый взгляд имеют вид обмоток дифференциального датчика. Однако использование магнитных силовых линий, проходящих в разных направлениях, придает обмоткам характер узла абсолютных катушек, благодаря чему реализуется новый тип датчиков расстояния.
В качестве альтернативного изображенной конструкции с двумя симметричными относительно плоскости катушки узлами секций узла абсолютных катушек возможно также размещение узла абсолютных катушек, использующего для выработки сигнала радиальные составляющие магнитных силовых линий, только с одной стороны от узла дифференциальных катушек (со стороны входа или со стороны выхода узла проходной катушки).
Узел абсолютных катушек может также располагаться в наружной зоне возвратного потока катушки возбуждения (см. заштрихованную область).
Обмотки узла абсолютных катушек могут располагаться на единой цилиндрической поверхности, т.е. на окружности одного радиуса. Возможно также расположение частей узла абсолютных катушек на разных радиальных расстояниях от центральной оси. Форма витков или обмоток может выбираться по условиям применения. Помимо схематически изображенных овальных форм возможны также круговые или многоугольные формы обмоток. Размер узлов абсолютных катушек, т.е. их боковая протяженность в периферическом направлении, может подбираться по условиям применения. Как показано на ФИГ.5, боковая протяженность узлов абсолютных катушек в периферическом направлении может быть существенно меньше, чем у узлов дифференциальных катушек, которые в сумме по нескольким оболочкам должны обеспечивать полное перекрытие периферии, т.е. замер по всей периферии испытуемого образца. Для узлов абсолютных катушек это не требуется и, как правило, даже нежелательно. Для точного определения расстояния, не подверженного влиянию дефектов поверхности материала, могут быть предпочтительны очень короткие протяженности в периферическом направлении, а при определенных условиях - даже почти точечные датчики расстояния. Однако некоторая физическая протяженность все же желательна, чтобы индуцированные в витках напряжения были достаточно велики для надежной оценки.
В типовом варианте осуществления используются сегментированные в периферическом направлении узлы абсолютных катушек, причем каждый из узлов абсолютных катушек покрывает лишь часть периферии испытуемого образца. При этом, как правило, узлы абсолютных катушек не перекрываются в периферическом направлении. Узлы абсолютных катушек служат датчиками расстояния. В то же время отдельной охватывающей длинномерное изделие абсолютной катушки для обнаружения дефектов не предусмотрено.
Опционно может быть предусмотрена параметрическая регистрация стандартного абсолютного сигнала по всей периферии узла проходной катушки с помощью катушки возбуждения 122. В этом случае катушка возбуждения играет роль параметрической абсолютной катушки, при этом возбуждение и регистрация осуществляются одними и теми же элементами и оценивается изменение полного сопротивления.
В других вариантах осуществления может быть предусмотрена охватывающая длинномерное изделие абсолютная катушка, отдельная от сегментных узлов катушек и от узла катушки возбуждения.
В дополнение к подробно обсужденным здесь примерам осуществления, в рамках настоящего изобретения возможны многочисленные варианты. Так, например, узел проходной катушки может включать более двух оболочек с узлами дифференциальных катушек. Узел проходной катушки может работать без узлов абсолютных катушек, с одними только узлами дифференциальных катушек. Возможны комбинации сегментных узлов катушек без узлов абсолютных катушек и сегментных узлов катушек с узлами абсолютных катушек.
Если требуется определение только диаметра, формы сечения, вариаций диаметра и/или эксцентриситета положения испытуемого образца при проходе, то можно создавать и/или использовать узел проходной катушки и без узлов дифференциальных катушек, т.е. только с сегментированными узлами абсолютных катушек. В этом случае полную или настроенную на определенный тип дефектов проверку можно, при необходимости, выполнить с помощью отдельного контрольного прибора. При этом в дополнение к оценке сигнала дефекта можно провести также - или только - механическую корректировку положения длинномерного изделия, исходя из полученных данных.
На ФИГ.6 показан для примера ряд вариантов, в которых каждые четыре оболочки с узлами дифференциальных катушек скомбинированы с одной или несколькими оболочками с узлами абсолютных катушек. При этом использование узлов абсолютных катушек дает возможность, в случае необходимости, компенсировать разницу расстояний. Сплошные линии на ФИГ.6 изображают оболочки только с узлами дифференциальных катушек. Пунктирные линии на ФИГ.6 изображают оболочки только с узлами абсолютных катушек для определения расстояний. Как уже объяснялось в связи с ФИГ.5, узлы абсолютных катушек и узлы дифференциальных катушек не обязательно должны находиться на разных оболочках, но могут находиться и на одной и той же оболочке на одном и том же расстоянии от центральной оси. Зная характеристическую функцию расстояния, а также характеристики дифференциальных каналов и каналов определения расстояний, можно с помощью соответствующих аппаратных средств и/или с помощью соответствующего программного обеспечения оценки достичь компенсации различий чувствительности, связанных с эксцентриситетом проверяемого на дефектность длинномерного изделия.
Настоящее изобретение не ограничено узлами проходной катушки с круглым поперечным сечением. На ФИГ.7 показан пример осуществления некруглого узла проходной катушки 700, приспособленного для проверки длинномерных изделий с прямоугольным, в частности квадратным поперечным сечением. Компоненты и отличительные элементы, функции которых аналогичны или тождественны изображенным на ФИГ.2, обозначены соответственными номерами позиций, увеличенными на 600.
Катушка возбуждения 722 и оболочки S1 и S2 имеют приблизительно квадратную форму с закругленными углами. Четыре плоских сегментных узла катушек 742-5÷742-8 наружной второй оболочки S2 проверяют плоские боковые поверхности длинномерного изделия вплоть до зон вблизи продольных кромок. Зоны кромок промеряются первыми сегментными узлами катушек 742-1÷742-4 внутренней первой оболочки S1. Эти узлы выполнены угловыми, причем между расположенными друг к другу под углом 90° плоскими полками находится средний участок, изогнутый по дуге окружности. Электрические подсоединения и возможности оценки аналогичны таковым из первого примера осуществления.
Как уже упоминалось, во многих случаях изделия с квадратным и другими многоугольными поперечными сечениями (например, шестигранный пруток) также могут проверяться узлами с круглыми сегментированными катушками (см., например, ФИГ.1, 2).
1. Узел (100) проходной катушки для использования в устройстве для проверки длинномерных изделий непрерывным способом с помощью вихревых токов, включающий узел катушки возбуждения с катушкой возбуждения (122), окружающей проходное отверстие (112) для пропуска длинномерного изделия (190) в направлении прохода (192), причем узел катушки возбуждения включает соединительное устройство для соединения катушки возбуждения с источником (130) переменного напряжения; и расположенный вокруг проходного отверстия узел приемной катушки с соединительным устройством (148) для подсоединения узла приемной катушки к блоку оценки (150) устройства для проверки, причем узел приемной катушки включает два или более распределенных по периферии проходного отверстия (112) сегментных узлов катушек (142-1 - 142-8, 742-1 - 742-8), при этом каждый сегментный узел катушек имеет зону приема, покрывающую только часть периферии поверхности длинномерного изделия, отличающийся тем, что сегментные узлы катушек (142-1 - 142-8, 742-1 - 742-8) распределены по меньшей мере по двум окружающим проходное отверстие оболочкам (S1, S2), расположенным на различных расстояниях (A1, A2) от базовой оси (114) узла проходной катушки, причем первые сегментные узлы катушек (142-1 - 142-4, 742-1 - 742-4) без взаимного перекрытия расположены в первой оболочке (S1), а вторые сегментные узлы катушек (142-5 - 142-8, 742-5 - 742-8) без взаимного перекрытия расположены во второй оболочке (S2), при этом первые и вторые сегментные узлы катушек расположены с таким сдвигом по периферии относительно друг друга, что вторые сегментные узлы катушек промеряют участки периферии, не покрытые первыми сегментными узлами катушек.
2. Узел по п.1, отличающийся тем, что первые сегментные узлы катушек (142-1 - 142-4) расположены на первом радиальном расстоянии (A1) от центральной базовой оси в первой оболочке (S1), имеющей форму кругового цилиндра, а вторые сегментные узлы катушек (142-5 - 142-8) расположены на отличном от первого радиального расстояния втором радиальном расстоянии (A2) от центральной базовой оси во второй оболочке (S2), имеющей форму кругового цилиндра.
3. Узел по п.1, отличающийся тем, что оболочки (S1, S2) имеют форму поперечного сечения, отклоняющуюся от круговой, предпочтительно овальную, в форме яйца или многоугольную, в частности имеют квадратное поперечное сечение с закругленными угловыми зонами.
4. Узел по п.1, отличающийся тем, что в одной оболочке, в частности в каждой оболочке (S1, S2), расположено четное число сегментных узлов катушек, и/или в одной оболочке, в нескольких или во всех оболочках предусмотрена по меньшей мере одна пара диаметрально противолежащих сегментных узлов катушек.
5. Узел по п.1, отличающийся тем, что каждый из сегментных узлов катушек (142-1 - 142-8, 742-1 - 742-8) включает узел дифференциальных катушек, причем узлы дифференциальных катушек предпочтительно расположены так, чтобы можно было улавливать дифференциальные сигналы по всей периферии длинномерного изделия.
6. Узел по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сегментный узел катушек (542) включает узел дифференциальных катушек (520) и узел абсолютных катушек (530), причем предпочтительно каждый из сегментных узлов катушек включает узел дифференциальных катушек и узел абсолютных катушек.
7. Узел по п.6, отличающийся тем, что узел дифференциальных катушек (520) и узел абсолютных катушек (530) размещены на общей подложке (510), которая предпочтительно имеет внутреннюю поверхность и наружную поверхность, причем узел дифференциальных катушек (520) и узел абсолютных катушек (530) размещены на одной и той же поверхности подложки.
8. Узел по п.6, отличающийся тем, что в сегментном узле катушек (542) узел дифференциальных катушек (520) расположен симметрично относительно плоскости катушки возбуждения (122), а узел абсолютных катушек (530) расположен несимметрично относительно плоскости катушки и по меньшей мере частично - в неоднородной зоне (F1) поля, созданного узлом катушки возбуждения.
9. Узел по п.1, отличающийся тем, что узел абсолютных катушек (530) включает расположенные симметрично относительно плоскости катушки возбуждения (122) первый узел секций катушек (530-1) в первой неоднородной зоне поля перед плоскостью катушки и второй узел секций катушек (530-2) во второй неоднородной зоне поля за плоскостью катушки, причем первый и второй узлы секций катушек включены навстречу друг другу.
10. Узел по п.1, отличающийся тем, что несколько узлов абсолютных катушек, смещенных по периферии, а в частности все узлы абсолютных катушек, подключены к устройству оценки расстояния (152) для обработки выработанного в узле абсолютных катушек сигнала расстояния.
11. Узел по п.1, отличающийся тем, что катушка возбуждения (122, 722) представляет собой катушку с ленточной обмоткой из одного-единственного витка.
12. Способ проверки длинномерных изделий, в котором длинномерное изделие пропускают в направлении прохода сквозь узел проходной катушки, отличающийся тем, что используют узел проходной катушки, охарактеризованный в одном из предшествующих пунктов.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что производят общую оценку абсолютных сигналов попарно диаметрально противолежащих сегментных узлов катушек, причем эта общая оценка предпочтительно включает определение суммарного сигнала абсолютных сигналов и/или разностного сигнала попарно диаметрально противолежащих сегментных узлов катушек.
14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что абсолютные сигналы нескольких распределенных по периферии узлов абсолютных катушек используют для компенсации различий в расстояниях, и/или из абсолютных сигналов нескольких распределенных по периферии узлов абсолютных катушек извлекают информацию о диаметре проверяемой части образца, его форме, некруглости и/или смещении оси проверяемого предмета относительно оси узла проходной катушки.
15. Устройство для проверки длинномерных изделий, пропускаемых в направлении прохода сквозь узел проходной катушки, отличающееся тем, что указанное устройство включает узел проходной катушки, охарактеризованный в одном из пп.1-11, и/или выполнено с возможностью реализации способа, охарактеризованного в одном из пп.12-14.
