Устройство для магнитного контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия

Номер патента: U 7129

Опубликовано: 30.04.2011

Автор: Матюк Владимир Федорович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПОВЕРХНОСТНО-УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО ИЗДЕЛИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Матюк Владимир Федорович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для магнитного контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия, содержащее соединенные между собой намагничивающую катушку и источник постоянного тока, последовательно соединенные измерительную обмотку,расположенную вне зоны влияния намагничивающей катушки и соосно с ней, и измерительный блок, а также блок индикации, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено соосной с намагничивающей катушкой и измерительной обмоткой направляющей,через которую пропускается контролируемое изделие, последовательно соединенными дополнительной измерительной обмоткой, расположенной в центральном сечении намагничивающей катушки и дополнительным измерительным блоком, а также блоком управления, блоком памяти, первый вход которого подсоединен к выходу блока управления,второй вход подсоединен к выходу измерительного блока, а третий вход подсоединен к выходу дополнительного измерительного блока, двумя блоками вычитания, первые входы которых подсоединены соответственно к выходу измерительного блока и к выходу дополнительного измерительного блока, а вторые входы подсоединены соответственно к первому и второму выходам блока памяти, двумя блоками деления, первые входы которых подсоединены к выходам соответственно первого и второго блоков вычитания, а вторые входы подсоединены соответственно к выходу измерительного блока и к выходу 71292011.04.30 дополнительного измерительного блока, и сумматором, входы которого подсоединены соответственно к выходам первого и второго блоков деления, а выход подсоединен к блоку индикации.(56) 1. Патент Республики Беларусь 3215, МПК 01 27/80, 1999. 2. Патент Республики Беларусь 3552, МПК 01 27/80, 2000. 3. Патент Республики Беларусь 12437, МПК 01 27/72, 2009. Полезная модель относится к исследованиям физических свойств материалов и сплавов с использованием электрических и магнитных измерений и может быть использована для неразрушающего контроля толщины упрочненного слоя ферромагнитного изделия на машиностроительных предприятиях, осуществляющих поверхностное упрочнение изделий из ферромагнитных материалов. Известно устройство для реализации способа контроля толщины поверхностноупрочненных слоев ферромагнитных изделий 1, содержащее источник изменяющегося тока, преобразователь, в который помещается контролируемое изделие, измерительный резистор, интегратор, блок выборки-хранения, блок вычитания, усилитель, формирователь поля, блок определения среднего значения, блок деления и индикатор. Недостатком данного устройства является невысокая достоверность контроля толщины поверхностноупрочненного слоя ферромагнитного изделия, движущегося в технологическом потоке,связанная с сильным влиянием нестабильности положения контролируемого изделия в измерительной катушке преобразователя на погрешность определения моментов времени достижения перемагничивающим полем заданного значения на восходящей и нисходящей ветвях петли магнитного гистерезиса и на точность определения отношения разности двух близких по величине значений намагниченности на восходящем и нисходящем участках этой петли к их среднему значению. Известно также устройство для реализации способа контроля толщины поверхностноупрочненных слоев ферромагнитных изделий 2, содержащее источник изменяющегося тока, преобразователь, в который помещается контролируемое изделие, измерительный резистор, интегратор, блок выборки-хранения, блок вычитания, усилитель, формирователь поля, блок определения среднего значения, блок деления, блок умножения и индикатор. Недостатком данного устройства является невысокая достоверность контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия, движущегося в технологическом потоке, связанная с сильным влиянием нестабильности положения контролируемого изделия в измерительной катушке преобразователя на погрешность определения моментов времени достижения перемагничивающим полем заданного значения на восходящей и нисходящей ветвях петли магнитного гистерезиса, момента равенства нулю намагниченности в изделии при измерении коэрцитивной силы и на точность определения отношения разности двух близких по величине значений намагниченности на восходящем и нисходящем участках этой петли к их среднему значению. Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является устройство для реализации способа магнитного контроля толщины поверхностноупрочненного слоя ферромагнитного изделия 3, содержащее намагничивающую катушку, подсоединенную к источнику постоянного тока, и последовательно соединенные измерительную обмотку, измерительный блок и блок индикации. Недостатком данного устройства является невысокая достоверность контроля ферромагнитных изделий с толщиной поверхностно-упрочненного слоя менее 2 мм, связанная с низкой чувствительностью остаточного магнитного потока к изменению толщины этого слоя в области малых ее значений. 2 71292011.04.30 Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение достоверности контроля ферромагнитных изделий с толщиной поверхностно-упрочненного слоя менее 2 мм. Сущность полезной модели заключается в том, что она содержит намагничивающую катушку, подсоединенную к источнику постоянного тока и соосную с направляющей, через которую пропускается контролируемое изделие, последовательно соединенные измерительную обмотку, расположенную соосно с намагничивающей катушкой вне зоны ее влияния, и измерительный блок, последовательно соединенные дополнительную измерительную обмотку, расположенную в центральном сечении намагничивающей катушки и дополнительный измерительный блок, блок управления, блок памяти, первый вход которого подсоединен к выходу блока управления, второй вход подсоединен к выходу измерительного блока, а третий вход подсоединен к выходу дополнительного измерительного блока, два блока вычитания, первые входы которых подсоединены соответственно к выходу измерительного блока и к выходу дополнительного измерительного блока, а вторые входы подсоединены к первому и второму выходам блока памяти соответственно, два блока деления, первые входы которых подсоединены соответственно к выходу первого и к выходу второго блоков вычитания, а вторые входы подсоединены соответственно к выходу измерительного блока и к выходу дополнительного измерительного блока, сумматор,входы которого подсоединены соответственно к выходу первого и к выходу второго блоков деления, и блок индикации, вход которого подсоединен к выходу сумматора. В отличие от прототипа в предлагаемую полезную модель дополнительно введены соосная с намагничивающей катушкой и измерительной обмоткой направляющая, через которую пропускается контролируемое изделие, последовательно соединенные дополнительная измерительная обмотка, расположенная в центральном сечении намагничивающей катушки и дополнительный измерительный блок, а также блок управления, блок памяти, первый вход которого подсоединен к выходу блока управления, второй вход подсоединен к выходу измерительного блока, а третий вход подсоединен к выходу дополнительного измерительного блока, два блока вычитания, первые входы которых подсоединены соответственно к выходу измерительного блока и к выходу дополнительного измерительного блока, а вторые входы подсоединены соответственно к первому и второму выходам блока памяти, два блока деления, первые входы которых подсоединены к выходам соответственно первого и второго блоков вычитания, а вторые входы подсоединены соответственно к выходу измерительного блока и к выходу дополнительного измерительного блока, и сумматор, входы которого подсоединены соответственно к выходам первого и второго блоков деления, а выход подсоединен к блоку индикации. Это позволяет повысить достоверность контроля ферромагнитных изделий с толщиной поверхностно-упрочненного слоя менее 2 мм за счет введения направляющей, через которую пропускается контролируемое изделие, последовательно соединенных дополнительной измерительной обмотки, дополнительного измерительного блока, блока управления, блока памяти, двух блоков вычитания, двух блоков деления и сумматора, а также связей между ними, обеспечивающих измерение величины максимального магнитного потока Ф, который в совокупности с величиной остаточного магнитного потока Ф и в сравнении с предварительно измеренными значениями максимального магнитного потока Ф 0 и остаточного магнитного потока Ф 0 эталонного изделия из числа контролируемых, у которого отсутствует упрочненный слой, обеспечивает высокую чувствительность информационного параметра, определяемого по алгоритму (Ф - Ф 0)/Ф(Ф 0 - Ф)/Ф, к толщине поверхностно-упрочненного слоя контролируемого изделия в широком диапазоне его изменения. На фиг. 1 представлена функциональная схема полезной модели по заявке. На фиг. 2 представлены зависимости измеряемого параметра по прототипу (разницы остаточного магнитного потока контролируемого - Ф и эталонного - Фэ изделий) от толщиныповерхностного-упрочненного слоя стержня диаметром 10 мм из стали 45 при 3 71292011.04.30 разной толщине поверхностно-упрочненного слоя эталонного изделия э (1 - э 0 мм,Фэ 9,67 мкВб 2 - э 2,5 мм, Фэ 9,01 мкВб 3 - э 3 мм, Фэ 8,9 мкВб 4 - э 3,5 мм,Фэ 8,7 мкВб 5 - э 4 мм, Фэ 8,6 мкВб 6 э 5 мм, Фэ 8,09 мкВб. На фиг. 3 представлены зависимости измеряемого по заявляемому техническому решению параметра (Ф - Ф 0) / Ф(Ф 0 - Ф) / Ф от толщиныповерхностного-упрочненного слоя стержня диаметром 5 мм из стали 45. Полезная модель для магнитного контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия содержит (фиг. 1) намагничивающую катушку 1, подсоединенную к источнику 2 постоянного тока и соосную с направляющей 3, через которую пропускается контролируемое изделие 4, последовательно соединенные дополнительную измерительную обмотку 5, расположенную в центральном сечении намагничивающей катушки 1 и дополнительный измерительный блок 7, последовательно соединенные измерительную обмотку 6, расположенную соосно с направляющей 3 вне зоны влияния намагничивающей катушки 1, и измерительный блок 8, блок 9 управления, блок 10 памяти, первый вход которого подсоединен к выходу блока 9 управления, второй вход подсоединен к выходу измерительного блока 8, а третий вход подсоединен к выходу дополнительного измерительного блока 7, два блока 11 и 12 вычитания, первые входы которых подсоединены соответственно к выходу дополнительного измерительного блока 7 и к выходу измерительного блока 8, а вторые входы подсоединены к первому и второму выходам блока 10 памяти соответственно, два блока 13 и 14 деления, первые входы которых подсоединены соответственно к выходу первого 11 и к выходу второго 12 блоков вычитания, а вторые входы подсоединены соответственно к выходу дополнительного измерительного блока 7 и к выходу измерительного блока 8, сумматор 15, входы которого подсоединены соответственно к выходу первого 13 и к выходу второго 14 блоков деления, и блок 16 индикации,вход которого подсоединен к выходу сумматора 15. Работает полезная модель следующим образом. При включении блока 9 управления он формирует управляющий импульс, по которому блок 10 памяти запоминает поступившие на его второй и третий входы сигналы. Первым по направляющей 3 пропускается эталонное изделие из числа контролируемых изделий без упрочненного слоя. Постоянный ток источника 2 постоянного тока, проходя через намагничивающую катушку 1, создает внутри нее постоянное магнитное поле. Эталонное изделие 4 в процессе движения по направляющей 3 сквозь намагничивающую катушку 7 намагничивается этим полем до состояния технического насыщения. При движении сквозь область с намагничивающим полем эталонное изделие 4 пересекает сечение дополнительной измерительной обмотки 5, вызывая изменение во времени сцепленного с ней магнитного потока, индуцируя в ней сигнал, пропорциональный скорости изменения магнитного потока. Этот сигнал поступает на дополнительный измерительный блок 7, где из него выделяется и интегрируется однополярный импульс напряжения. Величина проинтегрированного сигнала будет пропорциональна величине максимального магнитного потока Ф 0 эталонного изделия. Выходя из зоны магнитного поля намагничивающей катушки 1, контролируемое изделие 4 пересекает сечение измерительной обмотки 6, вызывает изменение сцепленного с ней магнитного потока, индуцируя в ней сигнал, пропорциональный скорости изменения магнитного потока. Этот сигнал поступает на измерительный канал 8, где из него выделяется и интегрируется однополярный импульс напряжения. Величина проинтегрированного сигнала будет пропорциональна величине остаточного магнитного потока Ф 0 эталонного изделия. Сигнал, пропорциональный величине максимального магнитного потока Ф 0 эталонного изделия, поступает на вход блока 11 вычитания, второй вход блока 10 памяти и второй вход блока 13 деления. Сигнал, пропорциональный величине остаточного магнитного потока Ф 0 эталонного изделия, поступает на вход блока 12 вычитания, третий вход блока 10 памяти и второй вход блока 14 деления. 4 71292011.04.30 Сигналы, пропорциональные величине максимального магнитного потока Ф 0 и величине остаточного магнитного потока Ф 0 эталонного изделия, хранящиеся в блоке 10 памяти до прихода следующего управляющего импульса с блока 9 управления, поступают на вторые входы соответственно блока 11 и блока 12 вычитания. Так как на всех входах блока 11 вычитания будет сигнал, пропорциональный Ф 0, а на всех входах блока 12 вычитания будет сигнал, пропорциональный Ф 0, то на выходе каждого из блоков 11 и 12 вычитания и на индикаторе 16 будет нулевой сигнал. Затем по направляющей 3 пропускается контролируемое изделие 4 с неизвестной величиной упрочненного слоя. Контролируемое изделие 4 в процессе движения по направляющей 3 сквозь намагничивающую катушку 1 намагничивается этим полем до состояния технического насыщения. При движении сквозь область с намагничивающим полем контролируемое изделие пересекает сечение дополнительной измерительной обмотки 5, вызывая изменение во времени сцепленного с ней магнитного потока, индуцируя в ней сигнал, пропорциональный скорости изменения магнитного потока. Этот сигнал поступает на дополнительный измерительный блок 7, где из него выделяется и интегрируется однополярный импульс напряжения. Величина проинтегрированного сигнала будет пропорциональна величине максимального магнитного потока Ф контролируемого изделия. Выходя из зоны магнитного поля намагничивающей катушки 1, контролируемое изделие 4 пересекает сечение измерительной обмотки 6, вызывает изменение сцепленного с ней магнитного потока, индуцируя в ней сигнал, пропорциональный скорости изменения магнитного потока. Этот сигнал поступает на измерительный канал 8, где из него выделяется и интегрируется однополярный импульс напряжения. Величина проинтегрированного сигнала будет пропорциональна величине остаточного магнитного потока Ф контролируемого изделия. Сигнал, пропорциональный величине максимального магнитного потока Ф контролируемого изделия поступает на вход блока 11 вычитания, второй вход блока 10 памяти и второй вход блока 13 деления. Сигнал, пропорциональный величине остаточного магнитного потока Ф контролируемого изделия, поступает на вход блока 12 вычитания,третий вход блока 10 памяти и второй вход блока 14 деления. Сигналы, поступившие на второй и третий входы блока 10 памяти от контролируемого изделия, не воспринимаются этим блоком, так как он установлен в режим хранения информации о результатах измерения на эталонном изделии до поступления следующего управляющего импульса с блока 9 управления, который включают при смене типа контролируемого изделия. Тогда на выходе блока 11 вычитания будет сигнал Ф 0 - Ф, а на выходе блока 12 вычитания будет сигнал Ф - Ф 0. После деления этих сигналов блоками 13 и 14 соответственно на величину Ф и Ф и суммирования полученных величин сумматором 15 на блоке 16 индикации регистрируется величина (Ф 0 - Ф/Ф(Ф - Ф 0) / Ф, пропорциональная толщине упрочненного слоя контролируемого изделия. Из фиг. 2 видно, что при измерении только остаточного магнитного потока контролируемого изделия в сравнении с остаточным магнитным потоком эталонного изделия чувствительность к толщине упрочненного слоя в области 0-2 мм не превышает 0,15 мкВб/мм или примерно 6 изменения информационного параметра на 1 мм изменения толщины упрочненного слоя. Применение в качестве эталона изделия с разной толщиной упрочненного слоя не влияет на чувствительность информационного параметра к толщине этого слоя для контролируемых изделий, а только параллельно сдвигает градуировочные зависимости. При измерении по предлагаемой полезной модели высокая чувствительность (примерно 25-30 изменения информационного параметра на 1 мм изменения толщины упрочненного слоя) наблюдается во всем диапазоне изменения толщины поверхностноупрочненного слоя контролируемого изделия. 71292011.04.30 Эффективность предлагаемой полезной модели заключается в том, что она позволяет измерять дополнительный магнитный параметр - величину максимального магнитного потока Ф, который в совокупности с величиной остаточного магнитного потока Ф и в сравнении с предварительно измеренными значениями максимального магнитного потока Фэ и остаточного магнитного потока Фэ эталонного изделия из числа контролируемых, у которого отсутствует упрочненный слой, обеспечивает высокую чувствительность информационного параметра, определяемого по алгоритму (ФФ 0/Ф(Ф 0 - Ф) / Ф, к толщине поверхностно-упрочненного слоя контролируемого изделия. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6

МПК / Метки

МПК: G01N 27/72

Метки: ферромагнитного, поверхностно-упрочненного, магнитного, устройство, изделия, контроля, толщины, слоя

Код ссылки

<a href="https://by.patents.su/6-u7129-ustrojjstvo-dlya-magnitnogo-kontrolya-tolshhiny-poverhnostno-uprochnennogo-sloya-ferromagnitnogo-izdeliya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Устройство для магнитного контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия</a>

Похожие патенты