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BESCl-IREiBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf die Prüfung der Eigenschaften von
Metallen und Legierungen und betrifft insbesondere Einrichtungen zur Messung physikalischmechanischer
Parameter von sich bewegenden ferromagnetischen Erzeugnissen, Die Erfindung kann
mit Erfolg zur zerstörungsfreien Prüfung von physikalisch-mechanischen Parametern
(beispielsweise der Häte, Bruchfestigkeit, der spezifischen Dehnung, der Koerzitivkraft
u.a.) der Blechproduktion im Fertigungsprozess angewendet werden.
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Es ist eine Einrichtung zur Messung physikalisch--mechanischer Parameter
von sich bewegenden ferromagnetischen Erzeugnissen bekannt, die ein IVlagnetisierungselement
zur Impulsmagnetisierung eines Prüflings, einen magnetischen Fühler - ferromagnetische
Sonde - zur Ablesung des magnetischen Restfeldes und einen kapaziWiven Spaltgeber
enthalt, als dessen einer Belag der Prüfling (s. z.B. den SU-Urheberschein 340954,
1972) auftritt.
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Die Anderung der Kapazität dieses Gebers bei Schwankungen der Grösse
des Spaltes zwischen diesem und dem Prüfling wird in ein elektrisches Signal umgewandelt,
das den Wert des Erregerstroms der fenomagnetischen Sonde regelt Die Unempfindlichkeit
gegen den Einfluss der Schwankungen der Spaltgrösse ist aber nur in geringen Grenzen
wegen der Nichtlinearität des Signals vom kapazitiven Geber in Abhängigkeit von
der Spaltgrösse und der Nichtlinearität des Signals der ferromagnetischen Sonde
in Abhängigkeit vom Erregerstrom vorhanden.
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Es ist auch eine Einrichtung zur Messung physikalisch-mechanischer
Parameter von sich bewegenden ferromagnetischen Erzeugnissen bekannt, die einen
Magnetkopf zur Impulsmagnetisierung des Prüflings und einen Lesekopf enthält. Der
Magnetkopf wird von einem Impulsgenerator gespeist. Die Signalanderung wegen der
ochwankun-
gen der Grösse des Spaltes zwischen dem Prüfling und
dem Lesekopf wird durch eine Amplitudenänderung der Magnetisierungsimpulse zum Teil
ausgeglichen, die mit Hilfe einer in Form einer Löschwicklung auf dem Lagnetkopf
ausgeführten Gegenkopplung (s. die G3-Patentschrift 1.067.764,1967) verwirklicht
wird.
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Die bekannte Einrichtung gestattet es aber nicht, stabile Prüfergebnisse
zu erhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Prüfling im Messvorgang nicht
in die magnetische Sättigung getrieben wird, denn die Gegenkopplung bleibt bei der
Sättigung ohne IlVirkung.
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Besonders stark wirkt sich die Instabilität des magnetischen Restfeldes
bei der Prüfung von über 4 mm starken Erzeugnissen aus. Ausserdem ist eine Abschwächung,
des Einflusses der Schwankungen der Spaltgrösse auf die Prüfergebnisse nur in einem
schmalen Bereich möglich, wo das infolge der Spalttnderungen entstehende Signal
ein Informationen über die mechanischen Eigenschaften enthaltendes Signal um vieles
unterschreitet.
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Es ist schliesslich eine Einrichtung zur Messung physikalisch-mechanischer
Parameter von sich bewegenden ferromagnetischen Erzeugnissen - Stab-, Band- und
Profilstahl - (s. den SU-Urheberschein 587776, 1977) bekannt, die zwei Magnetisierungselemente,
zwei magnetische Fühler enthalt, die in einer Ebene paarweise symmetrisch um die
Bewegungsrichtung der Erzeugnisse liegen, während die Ausgänge der magnetischen
Fühler an einen Registrierer gelegt sind.
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Bei Benutzung der bekannten Einrichtung wird die Unempfindlichkeit
gegen den Einfluss der Schwingbewegungen des Prüflings dadurch erreicht, dass das
Signal von einem mit Hilfe der Magnetisierungselemente beidseitig des Prüflings
aufgetragenen ?gnetpunkt, falls der Prüfling nach der Seite des einen der magnetischen
Fühler abweicht, in diesem Element zunimmt, während das Signal im zweiten magnetischen
Fühler zur selben Zeit abnimmt, wobei das Summensignal gleich bleibt.
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Der Unempfindlichkeitsbereich gegen inflse von Verschiebungen des
Prüflings in Bezug auf die 'j7alzebene ist auf Grund dessen begrenzt, dass, erstens,
der Feldgradient der Normalkomponente des Restfeldes von lokal magnetisierten Bereichendes
Prüflings keine lineare, sondern eine zusammengesetzte Funktion der Verschiebung
des Prüflings bezüglich der Walzebene der Prüflinge ist, dass sich, zweitens, der
Prüfling bei der Bewegung nicht nur parallel zur Walzebene verschiebt, sondern auch
schiefstellt, was zu einer Phasendifferenz der Ausgangs signale der magnetischen
Fühler führt, wobei der ert dieser Phasendifferenz vom Drehwinkel abhängig ist.
Darüber hinaus registriert die Einrichtung ausser dem Signal vom Magnetpunkt auch
ein Störsignal, das infolge des Vorhandenseins eines Streufeldes der Magnetisierungssolenoide
entsteht, was die Prüfgenauigkeit herabsetzt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Einrichtung zur Messung phyæikalisch-mechanischer Parameter von sich bewegenden
ferromagnetischen Erzeugnissen zu schaffen, deren schaltungstechnische Lösung es
gestattet, den Unempfindlichkeitsbereich gegen den Einfluss von Verschiebungen des
Prüflings um dessen Bewegungsebene zu erweitern, die Einwirkung von Schiefstellungen
des sich bewegenden Prüflings bezüglich der Bewegungsebene zu eliminieren, die Messergebnisse
vom Streufeld der Magnetisierungselemente unabhängig zu machen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Einrichtung zur Messung
der physilfalisch-mechanischen Parameter von sich bewegenden ferromagnetischen l.rreugnissen,
die zwei Magnetisierungselemente und zwei magnetische Fühler, die paarweise symmetrisch
um die Bewegungsebene der Erzeugnisse angeordnet sind, einen Generator für Stromimpulse,
der mit den Magnetisierungselementen verbunden ist, und einen Registrierer enthält,
gemäss der Erfindung mit zwei Spitzendetektoren, zwei Speicher-
einheiten,
einer Einheit zur Bestimmung des geometrischen Mittels von Signalen und einem Taktgenerator
versehen ist, dessen Ausgang mit dem Generator für Stromimpulse und mit den Steuereingängen
der Speichereinheiten gekoppelt ist, wobei der Ausgang jedes magnetischen Fühlers
jeweils über den Spitzendetektor und die Speichereinheit an einen der Eingänge der
Einheit zur Bestimmung des geometrischen Mittels von Signalen angeschlossen ist,
deren Ausgang an den Registrierer gelegt ist, wahrend die Einstelleingänge der Spitzendetektoren
mit dem Generator für Stromimpulse verbunden sind.
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Es ist zweckmässig, die Xaktperiode der Impulse des Taktgenerators
unter der Bedingung 1/v # nT zu wahlen, wobei 1 - den Abstand zwischen dem Paar
der Magnetisierungselemente und dem Paar der magnetischen Fühler, v - die 3ewegungsgeschwindigkeit
des Prüflings, n - eine natürliche Zahl (n = 1, 2, 3 ...) .
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? - die Taktperiode der Impulse des Taktgenerators bedeutet.
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Die erfindungsgemässe Ausführung der Einrichtung zur messung physikalisch-mechanischer
Parameter von sich bewegenden ferromagnetischen Erzeugnissen gewährleistet eine
Erhöhung der Störfestigkeit und eine Verringerung des Einflusses der Verschiebung
des Prülings bezüglich seiner Bewegungsebene durch Messung des geometrischen mittels
der Signale der magnetischen Fühler und aufgrund der Unempfindlichkeit der Einrichtung
gegen das Streufeld der Magnetisierungs elemente und gegen den Drehwinkel des Prüflings.
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Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines konkreten
Ausführungs beispiels anhand der beigelegten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Strukturschaltung einer Einrichtung
zur Messsung der
physikalisch-mechanischen Parameter von sich bewegenden ferromagnetischen Erzeugnisen;
Fig. 2 die Topografie eines Feldes von lvlagnetmarken auf einem Prüfling Die Einrichtung
zur Messung physikalisch-mechanischer Parameter von sich bewegenden ferromagnetischen
Erzeugnissen enthält zwei magnetische Fühler (ferromagnetische Sonden) 1,2, die
symmetrisch zur Bewegungsebene eines zu prüfenden Erzeugnisses 3 angeordnet sind,
einen Taktgenerator 4, der an einen Generator 5 für Strornimpulse angeschlossen
ist, dessen Ausgang mit Magnetisierungselementen - Solenoiden 6 und 7 -verbunden
ist, die auch symmetrisch zur Bewegungsebene des zu prüfenden Erzeugnisses 3 angeordnet
sind. Die magnetischen Fühler 1 und 2 liegen in einem Abstand 1 von den Magnetisierungssolenoiden
6 und 7 in Laufrichtung des zu prüfenden Erzeugnisses 3 (Bewegungsrichtung des Erzeugnisses
3 ist in Fig. 1 durch einen Pfeil A angedeutet). Die Ausgange der magnetischen Fühler
1, 2 sind über entsprechende Spitzendetektoren 89 9 und Speichereinheiten 10, 11
mit den Eingängen einer Einheit 12 zur Bestimmung des geometrischen Mittels der
Signale gekoppelt, deren Ausgang mit einem Registrierer 13 verbunden ist.
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Die Einsteleingänge der Spitzendetektoren 8 und 9 sind mit dem Generator
5 für Stromimpulse und die Steuereingänge der Speichereinheiten 10, 11 mit dem Ausgang
des Taktgenerators 4 gekoppelt In Fig. 2 ist die Topografie eines Feldes der Magnetmarken
auf dem zu prüfenden Erzeugnis 3 dargestellt, die die Entstehung einer Phasendifferenz
der Ausgangssignale der magnetischen Fühler 1 und 2 bei einer Schiefstellung des
zu prüfenden Erzeugnisses 3 um einen Winkel α bezüglich seiner Bewegungsebene
(Bewegungsrichtung ist durch einen Pfeil A angedeutet) erläutert.
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Die Einrichtung zur messung physikalisch-mechanischer Parameter von
sich bewegenden ferromagnetischen
Erzeugnisen arbeitet wie folgt.
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Der Iaktgenerator 4 erzeugt kurze Taktimpulse in Abhängigkeit von
der Bewegungsgeschwindigkeit des zu prüfenden Erzeugnisses 3. Durch die Hinterflanke
des ersten Takt impulses wird der Generator 5 für Stromimpulse ausgelöst, der einen
entsprechenden Stromimpuls erzeugt, der den lvIagnetisierungssolenoiden 6, 7 zugeführt
wird, die auf beide Seiten des zu kontrotierenden Erzeugnisses 3 Magnetmarken aufbringen,
die eine Information über dessen mechanische Eigenschaften enthalten.
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Bei einer Verschiebung des zu überwachenden Erzeugnisses 3 in Bewegungsrichtung
rufen die auf beiden Seiten des Erzeugnisses 3 aufgetragenen Magnetmarken am Ausgang
der magnetischen Fühler 1, 2 Signale hervor, die durch die Spitzendetektoren 8 und
9 demoduliert werden. Von den Ausgängen der Spitzendetektoren 8 und 9 gelangen die
demodulierten Signale auf die Eingänge der Speichereinheiten 10 bzw. 11.
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Der nächste Taktimpuls schreibt die Information von den Ausgängen
der Spitzendetektoren 8 und 9, indem er an den Steuereingängen der Speichereinheiten
10 und 11 eintrifft, in diese ein und löst mit seiner LIinterflanke den Generator
5 für Stromimpulse wieder aus, der einen Stro.nimpuls erzeugt, der in die Magnetisierungssolenoide
6 und 7 und auf die Einstelleingänge der Spitzendetektoren 8 und 9 gelangt. Hierbei
werden die Spitzendetektoren 8 und 9 gelöscht, und auf das zu prüfende Erzeugnis
3 wird ein weiteres Paar von Eagnetmarken aufgebracht. Die Signale von den Ausgängen
der Speichereinheiten 10 und 11 kommen an den Eingängen der Einheit 12 zur Bestimmung
des geometrischen mittels von Signalen an, deren Ausgangssignal durch den Registrierer
13 festgehalten wird. Nach dem Anzeigewert des Registrierers 13 werden die mechanischen
Eigenschaften des zu prüfenden Erzeugnisses 3 beurteilt.
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Bei Eintreffen weiterer Taktimpulse wird die Information von den Spitzendetektoren
8 und 9 in die Speichereinheiten 10 bzw 11 eingeschrieben, die Spitzendetektoren
8 und 9 werden gelöscht und auf das zu prüfende Erzeugnis 3 ein weiteres Paar von
filagnetmarken aufgebracht.
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Bei einer Verschiebung des zu prüfenden Brzeugnisses 3 zu einem der
magnetischen Fühler 1 oder 2 (beispielsweise zum Fühler 1) hin, was im Walzvorgang
unvermeidlich ist, wird das an diesem abgenommene Signal verstärkt und das dem magnetischen
Fühler 2 entnommene Signal abgeschwächt. Die Abhängigkeit des Signals der magnetischen
Fühler 1, 2 von der Verschiebungsgrösse wird durch eine Exponentialfunktion gut
approximiert.
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Dann ergibt sich ein Signal # Hrl vom ersten magnetischen Fühler zu
#Hr1 = k#ad und ein Signal vHr2 vom zweiten. magnetischen Fühler zu #Hr2 = k#a-d,
worin k - ein von den mechanischen Eigenschaften des Prüflings abhängiger Faktor,
a - ein konstanter Faktor, d - die Verschiebungsgrösse ist.
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Dann ist das geometrische Mittel
der beiden Signale gleich k und von der Verschiebungsgrösse unabhängig.
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Da die Speichereinheiten 10 und 11 die Maximalwerte der Signale der
magnetischen Fühler 1 bzw. 2 unabhängig von der Zeit ihrer Ankunft im Spitzendetektor
aufbewahren, hängt das Signal am Ausgang der Einheit 12 zur Bestimmung des geometrischen
Mittels der Signale von der Verschiebungsgrösse d und dem T)rehwinkel çC des zu
prüfenden Erzeugnisses 3 bezüglich der Ujalzebene nicht ab,
Die
Information vom Ausgang der Spitzendetektoren 8 und 9 wird in die Speichereinheiten
1G und 11 bei Eintreffen eines Synchronisierimpulses vom Taktgenerator 4 eingeschrieben,
dies geschieht also stets, bevor ein weiteres Paar von Ärtagnetmarken auf das zu
prüfende Erzeugnis 3 aufgetragen worden ist, und gerade zu den Zeiten der Auftragung
dieser Marken befinden sich die Spitzendetektoren 8 und 9 im Sperrzustand (an deren
Einstelleingängen kommen die Impulse vom Generator 5 für Stromimpulse an). Die Aufzeichnung
eines Signals, beispielsweise eines Störsignals, vom Streufeld der ¢agnetisierungselemente
6, 7, das beim Auftragen der Magnetmarken auf das zu prüfende Erzeugnis 3 entsteht,
wird daher ausgeschlossen, was die Störsicherheit der vorliegenden Einrichtung erhöht.
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Wird das Erzeugnis 3 um die Bewegungsebene beispielsweise um einen
Winkel α verschwenkt, entsteht eine Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen
der magnetischen Fühler 1, 2. Da aber die Spitzendetektoren 8, 9 den Maxilamwert
der Ausgngssignale der magnetischen Fühler 1, 2 festhalten, der in die Speichereinheiten
10, 11 eingetragen wird, nachdem die Signale von den magnetischen Fühlern 1,2 einzutreffen
aufgehört haben, so hängt das Ausgangssignal der Einheit 12 zur Berechnung des geometrischen
Mittels der Signale des Paares der Liagnetmarken von der Phasendifferenz der Signale
der magnetischen Fühler 1, 2 und folglich auch vom Drehwinkel o6 des Erzeugnisses
3 um dessen 3eviegungsebene nicht ab.
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Die Taktperiode der Impulse des Taktgenerators 4 wird unter der Bedingung:
1 f nT v gewählt, wobei 1 - den Abstand zwischen dem Paar der sagnetisierungssolenoide
und dem Paar der magnetischen Fühler, v - die Bewegungsgeschwindigkeit des Prüflings,
n
- eine natürliche Zahl (n = 1, 2 3 ...), T - die Taktperiode der Impulse des Daktgenerators
bedeuten.
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Die Erfüllung dieser Ungleichung gewährleistet eine Erhöhung der
Betriebszuverlässigkeit der Einrichtung, denn wenn dieser Forderung nicht entsprochen
wird, kommt das eine der vorangegangenen Paare der Marken im Augenblick des Auftragens
des nachstfolgenden Paares der Magnetmarken auf das zu prüfende Erzeugnis 3 in,
die Zone der magnetischen Fühler 1 und 2 , während die Spitzendetektoren 8, 9 durch
einen Einstellimpuls gesperrt sind, der vom Generator 5 für Stromimpulse kommt,
was einen Fehler in den Anzeigen des Registrierers 13 verursacht.
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Die Prüfungen eines Slodells der erfindungsgemässen Einrichtung haben
ergeben, dass der Fehler infolge der Verschiebung des zu prüfenden Erzeugnisses
bezüglich der Walzebene bei der erfindungsgemässen Einrichtung einen Wert von 1,5%
nicht überschreitet.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung gestattet es also, den Unempfindlichkeitsbereich
für die Verschiebungen des zu prüfende Erzeugnisses in Bezug auf die Walzebene zu
erweitern und die Störsicherheit zu erhöhen.
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- L e e r s e i t e -