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EINRICHTUNG ZUR ELEKTROMGNETISCHEN KONTROLLE DER MECHANISCHEN EIGEN-
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SCHAFTEN VON SICH BEWEGENDEN FERROMAGNETISCHEN TEILEN Die Erfindung
betrifft das Gebiet der zerstörungsfreien Kontrolle von Werkstoffen und zeugnissen,
insbesondere Einrichtungen zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaften
von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen.
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Besonders vorteilhaft kann die Erfindung zur Härtekontrolle von länglichen
Erzeugnissen aus Stählen solcher Sorten, deren mechanische Eigenschaften eindeutig
mit ihrer Koerzitivkraft verbunden sind, verwendet werden.
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Es ist bekannt, daß die Koerzitivkraft des Werkstoffs oftmals das
Kriterium der Güte seiner Struktur darstellt.
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Es ist auch bekannt, daß für Teile mit einem großen Satmagnetisierungsfaktor,
die bis zur Sättigung magnetisiert sind, die GröBe der remanenten magnetischen Induktion
im Teil durch die Koerzitivkraft des Werkstoffs des Teils bestimmt wird und einen
strukturempfindlichen Parameter bildet. Deshalb kann aufgrund des gemessenen Werts
der remanenten Induktion im Teil nach dessen Magnetisierung zum Beispiel über seine
Härte geurteilt werden.
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Es ist eine Einrichtung zur Kontrolle von ferrom.gnetischen Teilen
durch die Messung der remanenten Induktion des Werkstoffs der Teile bekannt (s.
zum Beispiel SU-PS Nr.475573, veröffentlicht im Jahr 1975), die ein Magnetisierungssystem
sowie einen primären MeBumformer des magnetischen Feldes, einen Verstärker und einen
Registrierer in Reihenschaltung enthält. Diese Einrichtung gestattet, die mechanischen
Eigenschaften der ferromagnetischen Teile nach dem Wert der remanenten Induktion
zu kontrollieren. Ein Nachteil der Einrichtung besteht in deren geringer 5chneli;Lgkeit,
was damit verbunden ist, daß das zu kontrollierende Teil sich im Laufe der Messung
im Ruhezustand befinden muK.
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Es ist eine Einrichtung zur Kontrolle der physikalisch--mechanischen
Eigenschaften von sich bewegenden Serromagnetischen Teilen nach dem Wert des magnetischen
Moments, das der remanenten Induktion proportional ist, bekannt (s. zum beispiel
das Handbuch "Geräte zur zerstörungs
freien Kontrolle von Werkstoffen
und Erzeugni5senit, herausgegeben von W.W.Klüjew, Moskau, Verlag "Maschinostrojenije",
1976, S.86). Diese Einrichtung enthält eine Entmagnetisierungs und eine Magnetisierungsspule,
Ferrosonden und eine Automatikvorrichtung. Das zu kontrollierende Teil wird mit
Hilfe eines Förderers in die Ratmagnetisierungsspule befördert, wonach es in der
Magnetisierungsspule magnetisiert wird. Danach führt, der Förderer das Teil an den
Ferrosonden vorbei, deren Signal an die Automatikvorrichtung weitergeleitet wird,
die ihrerseits einen Befehl an die Stellwerke durchgibt. Das Teil durchläuft einen
Führungskanal und gelangt, in Abhängigkeit vom Befehl, entweder in den Aufnehmer
des Bunkers für taugliohe Teile oder in den Aufnehmer des Bunkers für verworfene
weiche bzw. verworfen harte Teile. Der Nachteil dieser Einrichtung besteht in der
geringen Sicherheit der Kontrolle, die mit dem starken Einfluß der Verschiebungen
der magnetisierten Teile durch Vibrationen,weichebei deren Bewegung auf dem Förderer
unvermeidlich entstehen und eine Änderung des Abstands zwischen den Ferrosonden
und dem zu kontrollierenden Teil hervorrufen, auf das ivIeßergebnis des magnetischen
Moments des Teils verbunden sind.
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Es ist eine Einrichtung zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen
Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen bekannt (s. zum Beispiel
das such "ZerstörungsSrei.e Verfahren zur Kontrolle von Werkstoffen und Erzeugnissen",
herausgegeben von S.g.Nasarow, Moskau, Verlag "Ontipribor", 1964, S.362), die ein
auf dem Bewegungsweg der zu kontrollierenden Teile angeordnetes Magnetisierungssystem,
eine Ablesespule, die sich hinter dem Magnetisierungssystem in der Bewegungsrichtung
der Teile le befindet und mit einem Verstärker verbunden ist, dessen Ausgang über
den Umformer "Spannung-Kode" an die Aussonderungs- und Registriereinheit zugeschaltet
ist, enthält. Die Einrichtung wirkt in folgender Weise: Das zu kontrollierende Teil
wird in das Magnetisierungssystem mit Gleichstromspeisung eingebracht und es bleibt
in ihm in einer bestimmten Höhe in ihrem Magnetfeld hängen. Nach dem Ab-
schalten
des das Magnetisierungssystem speisenden Stroms fällt das Teil frei herunter durch
die Ablesespule, deren Signal über den Verstärker an den Umformer "Spannung-Eode"
gelangt, in dem eine Schwelleneinrichtung verwendet wird und der zur Steuerung der
Aus.sonderunga-und Registriereinheit dient. Die Amplitude des Signals, das durch
das herunterfallende magnetisierte Teil in der Ablesespule erzeugt wird, ist dem
Wert der remanenten Magnetisierung des Teils proportional und stellt das Kriterium
für dessen Brauchbarkeit dar.
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Der Nachteil dieser Einrichtung besteht in der ungenügenden Genauigkeit
und in der unzureichenden Leistungsfähig keit der Kontrolle. Das erklärt sich dadurch,
daß das Informationssignal, d.h. das Signal von der Ablesespule, nicht nur den meonanischen
Eigenschaften des Teils, sondern auch dessen Bewegungsgeschwindi^keit proportional
ist. Zur Erhöhung der Kontrollgenauigkeit muß man die Fallgeschindigkeit des Teils
durch die Ablesespule stabilisieren, d.h.
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die Teile müssen durch die Ablesespule von einer stets gleichen Hohe
mit der Anfangsgeschwindigkeit Null herunterfallen. Die Notwendigkeit der Ausführun
dieser Bedingung zwingt einen solchen Magnetisierungsverlauf für das Teil zu wählen,
bei dem es im Feld der ivlagnetisierungsspuie in einer bestimmten Höhe hängen, d.h.
stehen bleibt. Das wermindert jedoch die Schnelligkeit und die Leistungsfähigkeit
der Kontrolle. Außerdem sind sogar bei einem solchen Magnetisierungsverlauf der
Teile Variationenin deren Fallgeschwindigkeit durch die Ablesespule unvermeidlich,
wodurch die Rontrollgenauigkeit herabgesetzt wird.
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Der vorliegenden Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, eine Einricntung
zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden
ferromagnetischen Teilen zu entwickeln, die eine Verbesserung der Kontrollgenauigkeit
durch das Ausschließen eines Rinflusses der Bewegungsgeschwindigkeit der Teile durch
die Ablesespule auf das Ergebnis der Kontrolle sowie eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit
der Kontrolle gewährleistet.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ein-
richtung
zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden
ferromagnetischen Teilen, die ein auf dem Bewegungsweg der zu kontrollierenden Teile
angeordnet es Magnetisierungssystem, eine Ablesespule, die hinter dem Magnetisierungssystem
in der Bewegung 1-richtung der Teile angebracht ist, und einen Analog-Digital-Wandler
9 "Spsnnung-Kode", der auf die Signale von der Ablesespule anspricht und dessen
Ausgang an die Ausmusterungs- und Registriereinheit zur Durchgabe von Kodesignalen
zugeschaltet ist, die die mecnanischen Eigenschaften der zu kontrolliereden Teile
charakterisieren, enthält, erfindungsgemäß zusätzlich einen steuerbaren Schalter
aufweist, dessen Eingang mit der Ablesespule in Verbindung steht, einen Komparator
hat, dessen Eingang mit der Ablesespule verbunden ist und der zur Erzeugung von
Signalen dient, deren zeitliche Lagen den zeitlichen Lagen der gleichpoligen Impulse
der Signale von der Ablesespule entsprechen, einen Integrator einbezieht, dessen
Eingang mit dem Ausgang des steuerbaren Schalters und der Ausgang mit dem Informationseingang
des Umformers "Spannungs-Kode" verbunden ist, und einen. Former des Strobimpulses
enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang des Komparators und dem Steuereingang des
Schalters in Verbindung steht und der auf die Hinterflanke des Ausgangssignals des
Somparators anspricht, wobei der Einstelleingang des Integrators an den anderen
Ausgang des Umformers "Spannung-Sode" zur Einstellung des Integrators in den Ausgangszustand
nach dem Abschluß der Umformung seines Ausgaiigssignais in den Kode und der Ausgang
des Strobimpulsformers an den synchronisierenden Eingang des Umformers "Spannung-Kode"
zur Vorgabe des Zeitpunkts des Anfangs der Umformung des Ausgangssignals des Integrators
in den Kode zugeschaltet ist.
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Das Vorhandensein des steuerbaren Schalters und Kompara tors in der
erfindüngsgemäßen Einrichtung gestattet es, aus dem Signal der Ablesespule den gleichpoligen
Spannungsimpuls auszusondern, dessen Integrierung ein Informationssignal gewährleistet,
das von der Bewegungsgeschwin digkeit des Teils durch die Ablesespule nicht abhängt,
sondern
nur durcn den Wert der remanenten Induktion im Teil bestimmt
wird. Demzufolge wird eine höhere Genauigkeit der Eontrolle erreicht..Die Leistungsfähigkeit
der Kontrolle wird dadurch erhöht, daß in der erfindungsgemäßen Einrichtung keine
Stillsetzung der Teile bei der Magnetisierung zwecks Stabilisierung ihrer Bewegungsgeschwindigke
it durch die Ablesespule erforderlich ist, wie das in der bekannten Einrichtung
der Fall war.
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Nachfolgend wird die Erfindung durch eine ausführliche Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels anhand der beigelegten Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 das Strukturschema der Einrichtung zur elektromagnetischen Kontrolle der
mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen gemaß der
Erz in dung und Fig. 2a-d Zeitdiagramme, die die Wirkung der in der Fig.l gezeigten
Einrichtung illustrieren.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur elektromechanischen Kontrolle
der mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen enthält
ein Magnetisierungssystein 1 (Fig.l), das die Fuhrungsrinne 2 (bzw. einen Förderer)
umschließt, auf der sich die zu kontrollierenden Teile 3 bewegen, fernereine Ablesespule
4, die in der Bewegungsrichtung der Teile hinter dem Magnetisierungssystem 1 angeordnet
ist und die desgleichen die Fdhrungsrinne 2 unschließt, einen steuerbaren Schalter
5, einen Komparator 6, einen Integrator 7, einen Formen 8 des Strobimpulses, einen
Umformer 9 "Spannung-Sodet' und eine Aus:sonderungs- und Registriereinheit 10.
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Das lEagnetisierungssystem 1 stellt einen Elektromagneten oder eine
Spule dar, die aus einer Gleichstromquelle 11 eingespeist werden. Die Bblesespule
4 ist mit dem Eingang des steuerbaren Schalters 5 und mit dem Eingang des Komparators
6 verbunden, dessen Ausgang mit dem SteuUreingang des Schalters 5 und mit dem Eingang
des Formers 8 des Strobimpulses in Verbindung steht. Der Informationseingang des
Intenrators 7 ist mit dem Ausgang des Schalters 5 und der Ausgang des Integrators
7 mit dem Informationsein-
gang des Umformers 9 "Spasung-Sode" verbunden,
dessen synchronisierender Eingang mit dem Ausgang des Formers 8 des Strobimpulses,
der die Zeit des Anfanges der Verarbeitung des Ausgaugssignals des Integrators 7
bestimmt, in Verbindung steht. Der Umformer 9 "Spannung-Kode" hat zwei Ausgange,
wovon einer das Kodesignal gewährleistet, das die mechanischen Eigenschaften der
zu kontrollierenden:Teile charakterisiert, und an die Aussonderungs- und Registriereinheit
10 . zugeschaltet ist, und der zweite das Signal zur Einstellung des Integrators
7 in den Ausgangszustand nach Abschluß der Ausbildung des Kodes aus dem Signal des
Integrators 7 ergibt und mit dem Einstelleingang des letzteren verbunden ist.
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In Abhängigkeit vom Zweck der Kontrolle kann als Einheit 10 ein Stellwerk
verwendet werden, falls eine Aussortierung der Teile nach ihren mechanischen Eigenschaften
erforderlich ist, oder eine Zifferndruckeinrichtung zum Einsatz kommen, wenn eine
Figistrierung der Kontrollergebnisse benötigt wird.
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Die erfindungsgemäße Einriontung wirkt in folgender Weise: Die zu
kontrollierenden ferromagnetischen Teile 3 gelangen in die Führungsrinne 2 und durchqueren
bei ihrem Herunterfallen in Innere derselben das magnetische Gleichfeld, das von
deui Maænetisierung£system 1 erzeugt wird, und werden dabei bis zur Sättigung aufmagnetisiert.
Die Werte der Feldstärke des Magnetisierungssystems 1 und der Bewegung geschwindigkeit
der zu kontrollierenden Teile 3 durch dasselbe werden so gewahlt, daß während des
Magnetisierungsvor gang die Teile 3 in der vom Magnetisierungssystem 1 umfaßten
Zone nicht stehen bleiben, sondern durch dieses hindurchfliegen. Bei der weiteren
Bewegung der magnetisierten Teile über die Rinne 2 durch die Zone, die von der Ablesespule
4 umfaßt ist, ändert sich der Induktionsfluß in-ihrem v.uerscrmitt, und es wird
in der Ablesespule 4 ein Signal £ (t) induziert, das in der Fig. 2a gezeigt ist
und das direkt oder über den (nicht dargestellten) Verstärker an die Eingänge des
Schalters 5 (Fig.l) und des Komparators 6
gelangt. Nach dem Faradayschen
Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist dieses Signal
hierin bedeuten: N die Windungszai1 der Ablesespule 4, t die Zeit und (#) (t) der
im Zeitpunkt t mit der Spule 4 verbundene magnetische Fluß.
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Im Zeitpunkt t1 (Fig. 2a), wenn die Spannung des Signals der Ablesespule
4 (Fig.1) den Schwellenpegel des Komparators 6 überschreitet, spricht der letztere
an und öffnet den Schalter 5, der das Signal von der Ablesespule 4 an den Eingang
des Integrators 7 durchläßt. Am Ausgang des Integrators 7 erscheint die Spannung
Ur(t), die sich nach dem dem sich nach dem Gesetz U7(t) = K<ftS(t)dt Integrationskonstante
ist, und die in der Fig. 2b gezeigt wird. Im Zeitpunkt t2, wenn die Spannung des
Signals der Ablesespule 4 (Fig.l) unter den.$chwellenpegel des Komparators 6 abfällt,
spricht der Komparator 6 wieder an, wobei er die Formierung des in der Fig. 2c gezeigten
rechteckigen Impulses U6 abschließt, dessen zeitliche Lage der zeitlichen Lage des
gleichpoligen, im vorliegenden Fall positiven Impulses des Signals # (t) (fig. 2a)
von der Ablesespule 4 (Fig.1) entspricht. Dabei sohließt sich der Schalter 5.
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Die Spannung U7(t2) am Integrator 7 wird im Zeitpunkt t2
| betran en = t |
| U7 (t2) =Je (t ) dt - -NKJ dat(t)dt - - NlN [9(ta (td |
Unter Berücksichtigung, daß der Fluß # (t1) im Zeitpunkt t1 gleich Null ist, da
das Teil 3 in diesem Zeitpunkt beginnt, den Einfluß auf die Ablesespule 4 auszuüben,
und der Fluß (P(t2) im Zeitpunkt t2 gleich dem maximaic'n Fluß ? max ist, weil das
Signal von der Ablesespule 4 sein Vorzeichen im Zeitpunkt t2 ändert, wenn durch
den Querschnitt der Spule 4 der Abschnitt des Teils 5
hindurchgeht,
der den maximalen Wert des remanenten magnetischen Flusses 9 aufweist, werden wir
erhalten, max daß die Spannung U?(t2) am Ausgang des Integrators 7. im Zeitpunkt
t2 den Wert U7(t2) = -NKÇ max beträgt, d.h. von der Bewegungsgeschwindigkeit des
Teils 3 durch die Ablesespule 4 nicht abhängt, sondern nur durch den maximalen Wert
des remanenten magnetisohen Flusses #max im Teil 3 bestimmt wird, der auch den strukturempfindlichen
Parameter darstellt.
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Der Ausgangs impuls des Komparators 6 wird auch an den Former 8 geleitet,
der den Strobimpuls U8 im Zeitpunkt t2 erzeugt, d.h. über die Hinterflanke des Ausgang
impulses des Komparators 6, wie das in der Fig. 2d gezeigt ist. Nach diesem Strobimpuls
vollzieht der Umformer 9 "Spannung-Eode" die analog-digitale Verarbeitung des Busgangssignals
des Integrators 7.
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Am ersten Ausgang des Umformers 9 "Spannung-Kode" erscheint ein Zahlenkode,
der dem Wert der Härte des durch die Ablesespule 4 durchgelaufenen Teils 3 entspricht
und die Aussonderungs- und Registriereinheit 10 steuert, die die Teile 3 nach deren
mechanischen Eigenschaften sortiert und/oder die Information über diese Eigenschaften
registriert. Nach dem Abschluß der analog-digItalen Umformung tritt am zweiten Ausgang
des Umformers 9 ein Signal auf, das an den Einstelleingang des Integrators 7 geleitet
wird und ihn in den Ausgangszustand einstellt, wie das in der Fig. 2b gezeigt ist,
d.h. es bereitet die Einrichtung zur Kontrolle des nächsten Teils vor. Die Buhrungsrinne
2 (Fig.l) muß eine gleiche Lage der zu kontrollierenden Tei le 3 während des Vorgangs
ihres Durchlaufs durch das Ivlagnetisierungssystem 1 und die Ablesespule 4 gewährleisten.
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Auf diese Weise hängt das Signal der erfindungsgemäßen Einriciitung,
das als Kriterium der Tauglichkeit der zu krone trollierenden Teile benutzt wird,
von den Variationen der Bewegungsgeschwindigkeit der Teile nicht ab und wird nur
durch den maximalen Wert des remanenten magnetischen Flüsses in den Teilen bestimmt,
d.h. durch die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs der Teile, wodurch eine
ausreichend
hohe Genauigkeit der Kontrolle erreicht wird.
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Die Beistungsfähigkeit der Kontrolle mit Verwendung der erfindungsgemäßen
Einrichtunff wird praktisch nur durch die Geschwindigkeit des mechanischen Transports
der Teile bestimmt, da sowohl die Magnetisierung der Teile als auch das Ablesen
der Information über ihre mechanischen Sigenschaften im Laufe der Bewegung der Teile
geschieht. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Signale ist sehr hoch, weshalb die
Verarbeitungszeit der Signale keinen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der Kontrolle
hat.
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Es ist zweckmäßig, die erfindungsgemäße Einrichtung in der Masohinenbauindustrie
zur Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von kleinen Berroeagnetischen Teilen
zu verwenden.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung gestattet es, die
Teile im technologischen Fluß ihrer Fertigung ohne Herabsetzung der Produktionsleistungsfähigkeit
und mit hoher Genauigkeit zu kontrollieren.
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L e e r s e i t e