DE3234536C2

DE3234536C2 - Einrichtung zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen

Info

Publication number: DE3234536C2
Application number: DE19823234536
Authority: DE
Inventors: Michail Aleksandrovi&ccaron; Melguj; Sergej Grigorievi&ccaron; Minsk Sandomirskij
Original assignee: INSTITUT PRIKLADNOJ FIZIKI AKADEMII NAUK BELORUSSKOJ SSR MINSK SU
Current assignee: INSTITUT PRIKLADNOJ FIZIKI AKADEMII NAUK BELORUSSKOJ SSR MINSK SU
Priority date: 1982-09-17
Filing date: 1982-09-17
Publication date: 1986-12-04
Also published as: DE3234536A1

Abstract

Die Einrichtung zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen enthält ein Magnetisierungssystem (1), eine Ablesespule (4), an die ein steuerbarer Schalter (5) und ein Komparator (6), dessen Ausgang mit dem Steuereingang des Schalters (5) in Verbindung steht und der Signale erzeugt, die der zeitlichen Lage nach den gleichpoligen Impulsen der Signale von der Ablesespule (4) entsprechen, zugeschaltet sind, einen Integrator (7), dessen Eingang an den Ausgang des steuerbaren Schalters (5) geschaltet ist, einen Former (8) des Stromimpulses, dessen Eingang mit dem Ausgang des Komparators (6) in Verbindung steht und der auf die Hinterflanke seines Ausgangssignals anspricht, und einen Umformer (9) "Spannung-Kode", dessen Informationseingang mit dem Ausgang des Integrators (7) und der Ausgang mit der Ausmusterungs- und Registriereinheit (10) verbunden ist, wobei der Einstelleingang des Integrators (7) an den anderen Ausgang des Umformers (9) "Spannung-Kode" zur Einstellung des Integrators (7) in den Ausgangszustand nach Abschluß der Umformung seines Ausgangssignals in den Kode zugeschaltet ist, und der synchronisierende Eingang des Umformers (9) "Spannung-Kode" mit dem Ausgang des Formers (8) des Stromimpulses in Verbindung steht.

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche beschriebenen aus der US-PS 26 47 628 bekannten Art.

l:s ist bekannt, daß die Koerzitivkraft des Werkstoffs oftmals das Kriterium der Güte seiner Struktur darstellt. Es ist auch bekannt, daß für Teile mit einem großen Entmagnetisierungsfaktor, die bis zur Sättigung magnetisiert sin J, die Größe 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.

Es ist eine Einrichtung zur Kontrolle von ferrogmagnetischen Teilen durch die Messung der remanenten Induktion des Werkstoffs der Tsile bekannt SU-PS Nr. 4 75 573, die ein Magnetisierungssystem sowie einen primären Meßumformer des magnetischen Felds, einen Verstärker und einen Registrierer in Reihenschaltung enthält Diese Einrichtung gestattet es, die mechanischen Eigenschaften der ferromagnetischen Teile nach dem Wert der remanenten Induktion zu kontrollieren. Ein Nachteil der Einrichtung besteht in ihrer geringen Schnelligkeit, was damit verbunden ist daß das zu kontrollierende Teil sich im Laufe der Messung im Ruhezustand befinden muß.
Es ist eine Einrichtung zur Kontrolle der physikalisch-mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen nach dem Wert des magnetischen Moments, das der remanenten Induktion proportional ist, bekannt (s. zum Beispiel das Handbuch "Geräte zur zerstörungsfreien Kontrolle von Werkstoffen und Erzeugnissen", 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 Entmagnetisierungsspule 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 Stelleinrichtungen durchgibt Das Teil durchläuft einen Führungskanal und gelangt in Abhängigkeit vom Befehl, entweder in den Aufnehmer des Bunkers für taugliche Teile oder in den Aufnehmer des Bunkers für verworfene weiche bzw. verworfene 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, welche bei deren Bewegung auf dem Förderer unvermeidlich entstehen und einer Änderung des Abstands zwischen den Ferrosonden und dem zu kontrollierenden Teil hervorrufen, auf das Meßergebnis des magnetischen Moments des Teils verbunden sind.

Bei der aus der KS-PS 26 47 628 entsprechend dem SU-Buch "Zerstörungsfreie Verfahren zur Kontrolle von Werkstoffen und Erzeugnissen", herausgegeben von S. T. Nasarow, Moskau, Verlag "Ontipribor", 1964, S. 362) bekannten einrichtung wird das zu kontrollierende Teil in das Magnetisierungssystem mit (ileichstromspeisung eingebracht und es bleibt in ihm in einer bestimmten Höhe in ihrem Magnetfeld hängen. Nach dem Abschalten des das Magnetisierungssystem speisenden Stroms fällt das Teil frei durch die Ablesespule herunter, deren Signal über den Verstärker an den Analog/Digital-Wandler gelangt, in dem eine Schwelleneinrichtung verwendet wird und der zur Steuerung der Aussonderungs- 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.
Der Nachteil dieser Einrichtung besteht in der ungenügenden Genauigkeit und in der unzureichenden Lei-

stungsfähigkeit der Kontrolle. Das erklärt sich dadurch, daß das Informationssignal, d. h. das Signal von der Ablesespule, nicht nur den mechanischen Eigenschaften des Teils, sondern auch dessen Bewegungsgeschwindigkeit proportional ist Zur Erhöhung der Kontrollgenauigkeit muß man die Fallgeschwindigkeit des Teils durch die Ablesespule stabilisieren, d. h. die Teile müssen durch die Ablesespule von einer stets gleichen Höhe mit der Anfangsgeschwindigkeit Null herunterfallen. Die Notwendigkeit der Ausführung dieser Bedingung zwingt dazu einen solchen Magnetisierungsverlauf für das Teil zu wählen, bei dem es im Feld der Magnetisierungsspule in einer bestimmten Höhe hängen, d. h. stehen bleibt Das vermindert jedoch die Schnelligkeit und die Leistungsfähigkeit der Kontrolle. Außerdem sind sogar bei einem solchen Magnetisierungsverlauf der Teile Variationen in deren Fallgeschwindigkeit durch die Ablesespule unvermeidlich, wodurch die Kontrollgenauigkeit herabgesetzt wird. ίο

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaft von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen zu schaffen, die eine Verbesserung der Kontrollgenauigkeit durch das Ausschließen eines Einflusses der Bewegungsgeschwindigkeit der Teile durch die Ablesespule auf das Ergebnis der Kontrolle sowie eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Kontrolle gewährleistet Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst

Das Vorhandensein des steuerbaren Schalters und Schwellwertschalters in der erfindungsgemäßen Einrichtung gestattet es, aus dem Signal der Ablesespule den gleichpoligen Spannungsimpuls auszusondern, dessen Integrierung ein Informationssignal gewährleistet das von der Bewegungsgeschwindigkeit des Teils durch die Ablesespule unabhängig ist und nur durch den Wert der remanenten Induktion im Teil bestimmt wird. Demzufolge wird eine höhere Genauigkeit der Kontrolle erreicht Die Leistungsfähigkeit der Kontrolle wird dadurch erhöht daß in der erfindungsgemäßen Einrichtung keine Stillsetzung der Teile bei der Magnetisierung zwecks Stabilisierung ihrer Bewegungsgeschwindigkeit durch die Ablesespule erforderlich ist wie das in der bekannten Einrichtung der Fall war.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Rg. 1 den prinzipiellen Aufbau und das Schaltbild einer Einrichtung zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen und

Rg. 2a—d Zeitdiagramme, die die Wirkung der in der Rg. 1 gezeigten Einrichtung illustrieren.

Die Einrichtung zur elektromechanischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen enthält ein Magnetisierungssystem 1 (Rg. 1) mit einer von ihm umschlossenen Führungsrinne 2 (bzw. Förderer), auf der sich die zu kontrollierenden Teile 3 bewegen, und eine Ablesespule 4, die in der Bewegungsrichtung der Teile hinter dem Magnetisierungssystem 1 angeordnet ist und die desgleichen die Führungsrinne 2 umschließt, einen steuerbaren Schalter 5, einen Schwellwertschalter 6, einen Integrator 7, einen Tastimpulsgeber 8, einen Analog/Digital-Wandler (i. w. "A/D-Wandler") 9 und eine Aussonderungs- und Registriereinheit 10.

Das Magnetisierungssystem 1 stellt einen Elektromagneten oder eine Spule dar, die aus einer Gleichstromquelle 11 gespeist wird. Die Ablesespule 4 ist mit dem Eingang des steuerbaren Schalters 5 und mit dem Eingang des Schwellenwertschalters 6 verbunden, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des Schalters 5 und mit dem Eingang des Tastimpulsgebers in Verbindung steht. Der Informationseingang des Integrators 7 ist mit dem Ausgang des Schalters 5 und der Ausgang des Integrators 7 mit dem Informationseingang des A/D-Wandlers 9 verbunden, dessen synchronisierender Eingang mit dem Ausgang des Tastimpulsgebers 8 der die Zeit des Anfangs der Verarbeitung des Ausgangssignals des Integrators 7 bestimmt in Verbindung steht. Der A/D-Wandler 9 hat zwei Ausgänge, wovon einer das kodierte Signal abgibt, das die mechanischen Eigenschaften der zu kontrollierenden Teile charakterisiert, und an die Aussonderungs- und Registriereinheit 10 angeschlossen ist; der zweite Ausgang des A/D-Wandlers 9 gibt das Signal zur Einstellung des Integrators 7 in den Ausgangszustand nach Abschluß der Ausbildung des Kodes aus dem Signal des Integrators 7 ab und mit ist dem Einstelleingang des letzteren verbunden.

In Abhängigkeit vom Zweck der Kontrolle kann als Einheit 10 eine Stelleinrichtung verwendet werden, falls eine Aussortierung der Teile nach ihren mechanischen Eigenschaften erforderlich ist oder eine Zifferndruckeinrichtung zum Einsatz kommen, wenn eine Registrierung der Kontrollergebnisse benötigt wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wirkt in folgender Weise:

Die zu kontrollierende ferromagnetischen Teile 3 gelangen in die Führungsrinne 2 und durchqueren bei ihrem Herunterfallen ins Innere derselben das magnetische Gleichfeld, das von dem Magnetisierungssystem 1 erzeugt wird, und werden dabei bis zur Sättigung aufmagnetisiert. Die Werte der Feldstärke des Magnetisierungssystem 1 und der Bewegungsgeschwindigkeit der zu kontrollierenden Teile 3 durch dasselbe werden so gewählt, daß während des Magnetisierungsvorganges 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 Querschnitt und es wird in der Ablesespule 4 ein Signal e(t) induziert, das in der Fig. 2a gezeigt ist und das direkt to oder über den (iiicni däigebleuten) Verstärker an die Eingänge des Schaltsrs 5 (Fig. 1) und des Schweüenwertschalters 6 gelangt. Nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist dieses Signal

hierin bedeuten:

N die Windungszahl der Ablesespule 4,

/ die Zeit

φ(ι) den Zeitpunkt t mit der Spule 4 verketteten magnetischen Fluß.

Im Zeitpunkt fi (Fig. 2a), wenn die Spannung des Signals der Ablesespule 4 (Fig. 1) den Schwellenpegel des Schwellwertschalters 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 Ui(t), die sich nach dem Gesetz Ui(t) =

κ J

ändert wobei K dielntegrationskonstante ist (Fig. 2b). Im Zeitpunkt t₂, wenn die Spannung des Signals der Ablesespule 4 (Fig. 1) unter den Schwellenpegel des Schwellenschalters 6 abfällt, spricht der Schwellenwertschalter 6 wieder an, wobei er die Erzeugung des in der Fig. 2c gezeigten rechteckigen Impulses Us abschließt, dessen zeitliche Lage der zeitlichen Lage des gleichpoligen, im vorliegenden Fall positiven Impulses des Signals e(t)(Fig. 2a) von der Ablesespule 4 (Fig. 1) entspricht Dabei schließt der Schalter 5.

Die Spannung Ui(t₂) am Integrator 7 beträgt im Zeitpunkt t₂:

'2 '2

U₁ Ui) = je (0 dt - -NK J-^p- Λ = -NK [φ O₂) - φ (/,)].

Weil der Fluß <p(t\) im Zeitpunkt fi gleich Null ist, da das Teil 3 in diesem Zeitpunkt beginnt, den Einfluß auf die Ablesespule 4 auszuüben, und weil der Fluß gp(t₂) im Zeitpunkt t₂ gleich dem maximalen Fluß <p_max ist, da das Signal von der Ablesespule 4 sein Vorzeichen im Zeitpunkt t₂ ändert, wenn durch den Querschnitt der Spule 4 der Abschnitt des Teils 3 hindurchgeht, der den maximalen Wert des remanenten magnetischen Flusses ^w aufweist, beträgt die Spannung U₇(I₂) am Ausgang des Integrators 7 im Zeitpunkt t₂ den Wert Ui(tz) = — NKgjmax & h. sie ist von der Bewegungsgeschwindigkeit des Teils 3 durch die Ablesespule 4 unabhängig und wird nur durch den maximalen Wert des remanenten magnetischen Flusses <p_max im Teil 3 bestimmt, der auch den strukturempfindlichen Parameter darstellt.

Der Ausgangsimpuls des Schwellwertschalters 6 wird auch an den Tastimpulsgeber 8 geleitet, der den Tastimpuls t/g im Zeitpunkt t₂ erzeugt, d. h. über die Rückenflanke des Ausgangsimpulses des Schwellwertschalters 6 (Fig. 2d). Nach diesem Tastimpuls vollzieht der A/D-Wandler 9 analog-digitale Umwandlung des Ausgangssignals des Integrators 7.

Am ersten Ausgang des A/D-Wandlers 9 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 A/D-Wandlers 9. ein Signal auf, das an den Einstelleingang des Integrators 7 geleitet wird und ihn in den Ausgangszustand stellt (Fig. 2b), d. h. es bereitet die Einrichtung zur Kontrolle des nächsten Teils vor. Die Führungsrinne 2 (Flg. 1) muß eine gleiche Lage der zu kontrollierenden Teile 3 während des Vorgangs ihres Durchlaufs durch das Magnetisierungssystem 1 und die Ablesespule 4 gewährleisten.

Auf diese Weise hängt das Signal der erfindungsgemäßen Einrichtung, das als Kriterium der Tauglichkeit der zu kontrollierenden Teile benutzt wird, nicht von den Variationen der Bewegungsgeschwindigkeit der Teile ab und wird nur durch den maximalen Wert des remanenten magnetischen Flusses in den Teilen bestimmt, d. h. durch die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs der Teile, wodurch eine ausreichend hohe Genauigkeit der Kontrolle erreicht wird. Die Leistungsfähigkeit der Kontrolle mit Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung 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 Eigenschaften 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

Es ist zweckmäßig, die erfindungsgemäße Einrichtung in der Maschinenbauindustrie zur Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von kleinen ferromagnetischen Teilen zu verwenden.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung gestattet es, die Teile im technologischen Fluß ihrer Fertigung ohne Herabsetzung der Produktionsleistungsfähigkeitund mit hoher Genauigkeit zu kontrollieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch

Einrichtung zur elektromagnetischen Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von sich bewegenden ferromagnetischen Teilen
mit einem auf dem Bewegungsweg der zu kontrollierenden Teile (3) angeordneten Magnetisierungssystera

einer Ablesespule (4), die hinter dem Magnetisierungssystem (1) in der Bewegungsrichtung der Teile (3) angebracht ist, und mit

einem Analog/Digital-Wandler (9), der auf die Signale von der Ablesespule (4) anspricht und dessen Ausgang an die Aussonderungs- und Registriereinheit (10) zur Durchgabe von Kodesignalen angeschlossen ist, die die mechanischen Eigenschaften der zu kontrollierenden Teile (3) charakterisieren,
dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich enthält:

einen steuerbaren Schalter (5), dessen Eingang mit der Ablesespule (4) in Verbindung steht,
einen Schwellenwertschalter (6), dessen Eingang mit der Ablesespule (4) verbunden ist und der zur Erzeugung von Signalen dient, deren zeitliche Lagen den zeitlichen Lagen der gleichpoligen Impulse der Signale von der Ablesespule (4) entsprechen,

einen Integrator (7), dessen Eingang mit dem Ausgang des steuerbaren Schalters (5) und dessen Ausgang mit dem Informationseingang des Analog/Digital-Wandlers (9) verbunden ist und
einen Tastimpulsgeber, dessen Eingang mit dem Schwellwertschalter (6) und dem Steuereingang des Schalters (5) in Verbindung steht und der auf die Rückenflanke des Ausgangssignals des Schwellenwertschalters (6) anspricht, wobei der Einstelleingang des Integrators (7) an den anderen Ausgang des Analog/ Digitalwandlers (9) zur Einstellung des Integrators (7) in den Ausgangszustand nach dem Abschluß der Umformung seines Ausgangssignals in den Kode und der Ausgang des Tastimpulsgebers (8) an den synchronisierenden Eingang des Analog/Digital-Wandlers (9) zur Vorgabe des Zeitpunkts des Anfangs der Umformung des Ausgangssignals des Integrators (7) in den Kode angeschlossen ist.