Способ магнитного контроля дефектности, толщины, формы и электрических свойств изделия из электропроводящего материала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ,ТОЛЩИНЫ, ФОРМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Павлюченко Владимир Васильевич Дорошевич Елена Сергеевна(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) 1. Способ магнитного контроля дефектности, толщины, формы и электрических свойств изделия из электропроводящего материала, в котором датчик измерения напряженности нормальной составляющей магнитного поля источника устанавливают под осью указанного источника, выполненного в виде прямолинейного токопровода, таким образом, чтобы сигнал с датчика при отсутствии контролируемого изделия между ним и токопроводом был равен нулю или минимально достижимой на практике величине, затем устанавливают контролируемое изделие между токопроводом и датчиком и перемещают его с заданным заранее шагом в плоскости, параллельной оси токопровода, при одновременном воздействии на изделие импульсами магнитного поля, и записывают на элементы памяти временные зависимости величины сигнала, снимаемого с датчика, для каждого фиксированного положения изделия, далее по записанным сигналам находят распределения величины нормальной составляющей напряженности магнитного поля над поверхностью изделия в разные моменты времени и формируют их изображения, после чего определяют искомые свойства изделия путем сравнения указанных изображений с заранее полученными аналогичными эталонными изображениями для объектов с известными свойствами. 13905 1 2010.12.30 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве эталонных изображений используют предварительно созданные изображения распределений нормальной составляющей напряженности магнитного поля идеального объекта, у которого геометрические размеры,величина удельной электропроводности и ее распределение в объекте соответствуют заданным минимально допустимым отклонениям при отсутствии в нем дефектов или выполнении условий их ограничения. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве эталонных изображений используют предварительно созданные изображения распределений нормальной составляющей напряженности магнитного поля для неидеальных объектов с заданной величиной и распределением удельной электропроводности, с разной толщиной и разными распределениями дефектов. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение величины нормальной составляющей напряженности магнитного поля осуществляют при различных заданных временах нарастания импульсов магнитного поля. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что положение контролируемого изделия определяют по положению одного из его краев. Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля качества изделий из электропроводящих материалов. Известен магнитооптический способ контроля изделий 1, заключающийся в том, что накладывают магнитооптическую пленку на поверхность контролируемого изделия,намагничивают последнее и по рисунку, образовавшемуся под воздействием полей рассеяния, судят о качестве изделия. Однако этот способ не обладает достаточной надежностью. Известен магнитоимпульсный способ контроля материалов 2, заключающийся в том,что воздействуют магнитным полем на изделие с приложенным к нему датчиком магнитного поля, визуализируют взаимодействие этого поля со структурой материала изделия и по полученным изображениям определяют свойства материала изделия. Однако данный способ не обладает достаточной надежностью. Прототипом данного изобретения является способ магнитного контроля дефектности и электрических свойств изделия из электропроводящего материала 3, заключающийся в том, что воздействуют магнитным полем на изделие с приложенным к нему датчиком магнитного поля, визуализируют взаимодействие этого поля со структурой материала изделия и по полученным изображениям определяют свойства материала изделия, при этом устанавливают датчик магнитного поля на противоположной от источника магнитного поля стороне изделия, воздействуют на изделие магнитным полем, линейно нарастающим за время не более чем 110-5 с до постоянной величины напряженности не менее 1102 А/м,одновременно считывают информацию с датчика, по которой находят распределение магнитного поля, прошедшего сквозь изделие в разные моменты времени, формируют распределения величины тангенциальной составляющей напряженности прошедшего магнитного поляпо поверхности изделия в разные моменты времени в виде распределений уровней электрического сигнала, записывают их на элементы памяти, производят с сигналами алгебраические операции и воспроизводят на экране монитора в виде оптических изображений, на основании оптических изображений формируют растры разложения распределенийпо линии замера датчика в процессе прохождения магнитного поля через изделие, затем по оптическим изображениям распределенияпо поверхности изделия и во времени и/или по растрам разложения распределенийпо линии замера датчика определяют удельную электропроводность материала изделияи ее распределение в изделии путем сравнения с эталонными распределениямидля изделий с одинаковой толщиной , а также толщину изделияи его разнотолщинность путем сравнения с 2 13905 1 2010.12.30 эталонными распределениямидля изделий с одинаковой удельной электропроводностью материалаи размеры и глубину залегания дефектов изделия путем сравнения с эталонными распределениямидля изделий с одинаковой удельной электропроводностью материалаи толщиной , причем для изделия толщинойвремя считывания информации с датчикас момента включения магнитного поля задают в соответствии с выражением 2 ,4 где- магнитная проницаемость вакуума, а моменты времениот начала импульса магнитного поля, в которые производят записи на элементы памяти с формированием оптических изображений в соответствии с выражением, где 1, 2, 3, причемизадают в зависимости от числа строк разложения в растр. Формируют оптические изображения дефектов в сечении изделия совместно и в одном масштабе с оптическим изображением его поверхности. В качестве датчика магнитного поля используют матрицу из датчиков Холла или магнитооптическую пленку,или другие действующие в реальном масштабе времени датчики магнитного поля. Однако данный способ не обладает достаточной надежностью контроля, т.к. использует распределение магнитного поля не в полном объеме для получения однозначных результатов контроля и не учитывает информацию, которую несет в себе распределение нормальной составляющей напряженности магнитного поля. Задачей изобретения является повышение надежности контроля электрических свойств и параметров дефектов изделий из электропроводящих материалов. Поставленная задача достигается тем, что в способе магнитного контроля дефектности, толщины, формы и электрических свойств изделия из электропроводящего материала датчик измерения напряженности нормальной составляющей магнитного поля источника устанавливают под осью указанного источника, выполненного в виде прямолинейного токопровода, таким образом, чтобы сигнал с датчика при отсутствии контролируемого изделия между ним и токопроводом был равен нулю или минимально достижимой на практике величине, затем устанавливают контролируемое изделие между токопроводом и датчиком и перемещают его с заданным заранее шагом в плоскости, параллельной оси токопровода, при одновременном воздействии на изделие импульсами магнитного поля, и записывают на элементы памяти временные зависимости величины сигнала, снимаемого с датчика, для каждого фиксированного положения изделия, далее по записанным сигналам находят распределения величины нормальной составляющей напряженности магнитного поля над поверхностью изделия в разные моменты времени и формируют их изображения,после чего определяют искомые свойства изделия путем сравнения указанных изображений с заранее полученными аналогичными эталонными изображениями для объектов с известными свойствами, при этом в качестве эталонных изображений используют предварительно созданные изображения распределений нормальной составляющей напряженности магнитного поля идеального объекта, у которого геометрические размеры, величина удельной электропроводности и ее распределение в объекте соответствуют заданным минимально допустимым отклонениям при отсутствии в нем дефектов или выполнении условий их ограничения. В качестве эталонных изображений используют предварительно созданные изображения распределений нормальной составляющей напряженности магнитного поля для неидеальных объектов с заданной величиной и распределением удельной электропроводности, с разной толщиной и разными распределениями дефектов. Измерение величины нормальной составляющей напряженности магнитного поля осуществляют при различных заданных временах нарастания импульсов магнитного поля, а положение контролируемого изделия определяют по положению одного из краев. 3 13905 1 2010.12.30 Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 и состоит в следующем. Между источником магнитного поля 1 (фиг. 1) в виде прямолинейного токопровода с токоми датчиком магнитного поля 2 перемещают изделие 3 из электропроводящего материала в плоскости , перпендикулярной оси , проходящей через ось токопровода 1 и центр симметрии датчика 2. Перемещение осуществляют с шагом сканированияи для каждого положения изделия относительно датчика, в качестве которого используют,например, датчик Холла, измеряют зависимость величины снимаемого с него напряженияот времени. Через 1 и 2 обозначены расстояния от поверхности изделия 3 соответственно до оси токопровода 1 и центра датчика 2. Черезиобозначены нормальные составляющие напряженности магнитного поля токопровода 1, через буквыи- края изделия и через- плоскость симметрии изделия. Результаты измерений представлены на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4. На фиг. 2 показаны зависимости 1, 2, 3 и 4 величины напряжения , снимаемого с датчика Холла, от временипри расстояниях края изделия от осисоответственно 0 м, 110-3 м, 310-3 м,510-3 м (край изделия переходит через ось ). Здесь же показаны зависимости,не содержащие измеряемый сигнал 5 (изделие отсутствует) и 6 (при наличии изделия), и зависимость 7 величины тока источника первичного поля от времени . На фиг. 3 показаны аналогичные зависимости 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 при расстояниях - края изделия от осисоответственно 0 м, 110-3 м, 310-3 м, 510-3 м, 810-3 м,1210-3 м (край изделия не доходит до оси ), а также не содержащие измеряемый сигнал зависимости 8 (изделие отсутствует) и 9 (при наличии изделия), а также зависимость 10 силы тока источника первичного поля от времени . На фиг. 4 изображены зависимости величины напряжения , снимаемого с датчика Холла, от временидля случаев 1 - толщина образца 3,010-3 м, полный сигнал , 2 то же, что и 1 в отсутствие полезного сигнала, 3 - толщина образца 2,310-4 м, полный сигнал , 4 - то же, что и 3 в отсутствие полезного сигнала, 5 - зависимость силы токапервичного источника поля от времении точки пересечения кривых А и С. Величина нормальной составляющей напряженности магнитного поляпрямо пропорциональна разности напряжений , содержащих и не содержащих измеряемый сигнал и изображенных на фиг. 2, 3, 4. Из фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 следует, что при внесении изделия из электропроводящего материала в импульсное магнитное поле линейного токопровода под осью токопровода возникает нормальная составляющая напряженности магнитного поля , величина которой изменяется во времени и зависит от расстояния от края изделия до оси , проходящей через центр датчика и ось токопровода. Величинаи ее распределение по точкам над поверхностью изделия во времени зависят от удельной электропроводности материала изделия , его толщины и размеров изделия в его плоскости, наличия в нем дефектов и их параметров, а также от времени нарастания импульса поля. Так, с уменьшениемпри одной и той же толщине изделия величинатакже уменьшается. Аналогично величинауменьшается с уменьшением толщины изделия при одной и той же величине . Увеличение времени нарастания импульсов приводит к изменениям пространственно-временных распределений . Наличие дефектов в изделиях приводит к возникновению импульсных полей дефектов над поверхностью изделия, т.е. к возникновению нормальной составляющей , величина которой и ее распределение над поверхностью изделия во времени зависит от размеров дефектов и их электрических свойств. Направленно управляя временем нарастания напряженности магнитного поля первичного источника, от которого зависят глубина проникновения магнитного поля в материал 13905 1 2010.12.30 и величина поля индукционных токов, можно разрешать указанные выше свойства изделий разной толщины. Огромный объем информации об изделии и возможности его быстрой обработки компьютерными технологиями позволяют определять свойства изделия путем сравнения полученных распределенийс распределениямидля эталонных изделий. Прежде всего следует производить сравнение с распределениямидля идеального объекта, т.е. такого, у которого геометрические размеры, величина и распределение , а также параметры допустимых дефектов находятся в заданных условиями контроля пределах. Если распределениеконтролируемого изделия не соответствует в установленных пределах распределениямидеального эталона, то его сравнивают с распределенияминеидеальных эталонов. Эти распределения предварительно находят для объектов, отличающихся по величине , толщине и параметрам дефектов. Распределенияэталонных объектов предварительно заносят в базу данных компьютера. Способ осуществляют следующим образом. Устанавливают датчик магнитного поля под осью линейного токопровода и ориентируют его так, чтобы он измерял нормальную составляющую напряженности магнитного полятокопровода. Корректируют положение датчика и токопровода таким образом,чтобы сигнал с датчика был равен нулю (0 по направлению радиуса от оси токопровода) или соответствовал минимально достижимой величине (отличие от нуля в результате ошибок измерения). Затем устанавливают изделие между токопроводом и датчиком в плоскости , перпендикулярной проходящей через них оси . Воздействуют на изделие импульсным магнитным полем токопровода и находят распределение величиныво времени для данного расположения изделия относительно токопровода и датчика. Записывают полученное распределение в память в виде уровней электрического сигнала и формируют изображения распределения . Например, формируют изображение в виде кадра развертки. Перемещают изделие в плоскостис заданным шагом сканированияв следующую точку вблизи поверхности изделия и производят снова все указанные операции. Так проделывают для всех заданных точек вблизи поверхности изделия. В результате получают распределения , состоящие из многих кадров компьютерного (телевизионного) разложения в растр. После этого сравнивают по соответствующим точкам полученные разложения с разложениями идеального эталона. В случае если отличия этих разложений больше, чем установленные пределы, то сравнивают полученные изображения (разложения) с эталонными изображениями, полученными для неидеальных эталонных объектов с разными величинами , разной толщиной и разными параметрами дефектов, на основании чего определяют искомые свойства изделия и формируют изображения этих свойств совместно с оптическим изображением изделия. При этом задают шаг сканирования изделия , величину которого определяют в зависимости от размеров изделия и требований контроля. Контроль изделий осуществляют при разных временах нарастания импульсов магнитного поля. Для достижения высоких точности и надежности контроля осуществляют привязку координат контролируемого изделия и эталонных объектов. Ввиду того, что максимальные величинывозникают при прохождении края изделия через ось(точнее, вблизи этого положения края изделия), то отсчет перемещений ведут от положения края образца на проекции, т.е. по краям изделий и эталонов, ближайших к оси токопровод - датчик . Указанным способом можно производить также распознание свойств неизвестных электропроводящих объектов. Предложенный способ дополняет сведения об изделии, полученные при измерении тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля. Однако благодаря возможности вести измерения, начиная с нулевого уровня сигнала (минимально достижимого 13905 1 2010.12.30 сигнала), он обладает гораздо большей чувствительностью, надежностью, информативностью и может быть применен как отдельный самостоятельный способ, который имеет огромные преимущества по сравнению со способом контроля изделий, основанным на измерении величины тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля. Источники информации 1. А.с. СССР 452786, МПК 01 72/82 // Бюл.45. - 1974. 2. Методы неразрушающих испытаний / Под ред. .Шарпа. - . Мир, 1972. - С. 394412. 3. Решение от 05.06.2008 о выдаче патента на изобретение по заявке от 20.03.2006 а 20060244. Способ магнитного контроля дефектности и электрических свойств изделия из электропроводящего материала / В.В. Павлюченко, .С. Дорошевич (прототип). Фиг. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.