FR2535054A1

FR2535054A1 - Procede de controle electromagnetique des caracteristiques mecaniques de pieces ferromagnetiques en mouvement

Info

Publication number: FR2535054A1
Application number: FR8217560A
Authority: FR
Inventors: Mikhail Alexandrovich Melgui; Sergei Grigorievic Sandomirsky
Original assignee: INST PRIKLADNOI FIZIKI AKADEMI
Current assignee: INST PRIKLADNOI FIZIKI AKADEMI
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1982-10-20
Publication date: 1984-04-27
Also published as: FR2535054B1

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE AU DOMAINE DU CONTROLE NON DESTRUCTIF DES MATERIAUX ET DES PRODUITS MANUFACTURES. LE PROCEDE PROPOSE CONSISTE A AIMANTER DANS UNE BOBINE 3 LA PIECE A CONTROLER AU COURS DE SON MOUVEMENT, A TRANSFORMER EN UN SIGNAL ELECTRIQUE (CAPTEUR 5) LA VARIATION DE L'INDUCTION DUE AU PASSAGE DE CETTE PIECE PAR UNE ZONE DU CHAMP MAGNETIQUE, A TRANSFORMER ENSUITE, EN UN SIGNAL ELECTRIQUE, LA VARIATION DE L'INDUCTION DUE AU PASSAGE DE LA PIECE PAR UNE ZONE SITUEE, DANS LE SENS DE SON MOUVEMENT, AU-DELA DU CHAMP MAGNETIQUE (CAPTEUR 6), A ISOLER DE CHACUN DES SIGNAUX AINSI OBTENUS DES IMPULSIONS UNIPOLAIRES (CIRCUITS 11, 12), A INTEGRER (CIRCUIT 13) CHACUNE DE CES IMPULSIONS ET A DETERMINER LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DE LA PIECE D'APRES LES RESULTATS DE L'INTEGRATION. L'INVENTION EST SURTOUT AVANTAGEUSEMENT UTILISABLE POUR LE CONTROLE DE LA DURETE DE PIECES OBLONGUES EN ACIERS AU CARBONE MOYEN.

Description

L'invention est relative au domaine du contrôle non destructif des matériaux et produits manufacturés et elle concerne notamment des procédés de contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement
L'invention est surtout avantageusement utilisable pour le contrôle de la dureté de pièces oblongues en aciers au carbone moyen dont les caractéristiques mécaniques sont en corrélation aléatoire avec la force coercitive du matériau des pièces à contrôler etpour lesquelles la valeur d'induction maximale de ce matériau contient une information complémentaire sur les caractéristiques mécaniques des pièces.

On sait que les paramètres magnétiques des matériaux ferromagnétiques se trouvent fréquemment en liaison corrélative avec leurs caractéristiques mécaniques, ce qui permet de contrôler ces caractéristiques d'après les paramètres magnétiques mesures Les paramètres magnétiques les plus sensibles à la structure sont pour un bon nombre de matériaux leur force coercitive et l'induction magnétique maximale.

On connaît un procédé de contrôle magnétique de la qualité du traitement thermique de pièces (voir, par exemple, la revue "Defektoskopia", 1977, -o 4, pp 140-143), qui consiste à comparer successivement, à l'aide d'un électro-aimant appliqué, l'aimantation de saturation et la force coercitive d'un étalon et de la portion examinée de la pièce à contrôler Un inconvénient de ce procédé réside dans le faible rendement du contrôle, du fait que la pièce à contrôler est immobile au cours du cycle de mesure. La précision du contrôle par ce procédé n'est pas grande non plus en raison de l'influence de la qualité du contact entre l'électro-aimant et la surface de la pièce examinée sur le résultat du contrôle.

On connut un autre procédé de contrôle électromagnétique de pièces ferromagnétiques (voir, par exemple, le brevet français NO 2312777), consistant à soumettre la pièce à contrôler et une pièce étalon à l'action d'un champ magnétique alternatif qui induit dans chaque pièce un flux magnétique alterné dépendant de sa perméabilité magnétique.

La variation de ce flux donne lieu à l'apparition, dans les bobines de lecture entourant les pièces, d'une f.é.m. induite. De la différence des f.é.m. induites dans les pièces, on isole le troisième harmonique qui porte l'information sur les caractéristiques mécaniques de la pièce à contrôler.

L'inconvénient de ce procédé est que les resultats du contrôle ne sont guère précis ni fiables. La précision du contrôle n'est pas grande par suite de l'influence qu'exerce la vitesse du mouvement des pièces sur le résultat du contrôle. Le paramètre contrôlé est ici la perméabilité magnétique du matériau des pièces, qui ne caractérise pas toujours avec une certitude suffisante les caractéristiques mécaniques de la pièce.

On connaît également un procédé de controle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement (voir, par exemple, le memento "Contrôle non destructif des métaux et produits fabriques sous la direction de G.S. Samoilovitch, Moscou, éd. "Machinostroienie", 1976, p. 196), qui consiste à aimanter la pièce à contrôler au cours de son mouvement, par un champ magnétique permanent sous un régime d'aimantation assurant la suspension de la pièce dans le champ d'aimantation, ce qui est nécessaire pour stabiliser la vitesse du mouvement ultérieur des pièces.Des que le champ est coupé, la pièce tombe librement et on transforme en un signal électrique la variation de l'induction dans la zone située, dans le sens du mouvement des pièces, au-delà du champ magnétique, variation provoquée par le passage de la pièce aimantée à travers cette zone, on mesure l'amplitude du signal électrique obtenu et l'on en déduit la dureté de la pièce à contrôler. Dans ce cas, l'amplitude du signal électrique est proportionnelle à la valeur de l'induction magnétique résiduelle et, par suite, à la force coercitive du matériau de la pièce.

Ce procédé est en partie affranchi des inconvénients inhérents au procédé décrit précédemment, étant donné en particulier que la force coercitive du matériau des pièces caractérise davantage que sa perméabilité magnétique les propriétés mécaniques des pièces. Cependant, pour des pièces en certains matériaux, par exemple, en aciers au carbone moyen, le contrôle selon ce procédé n'assure pas des résultats sufrisamment fidèles par suite d'une corrélation aléatoire entre les caractéristiques mécaniques de ces pièces et la force coercitive.du matériau ; quant à un autre paramètre magnétique quelconque du matériau des pièces à contrôler, on ne peut, par ce procédé, obtenir aucune information.

On doit également noter que l'arrêt des pièces dans le champ d'aimantation, en vue de stabiliser la vitesse de leur mouvement ultérieur à travers la zone située audelà de ce champ, réduit le rendement du contrôle. En outre, la précision dans ce procédé n'est pas suffisamment grande en raison des variations inévitables de la vitesse du mouvement des pièces dans ladite zone, du fait qu'il est pratiquement impossible d'assurer la suspension des pièces dans le champ magnétique à une hauteur strictement constante
Le but de la présente invention est donc de fournir un procédé de contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement, qui soit perfectionné de façon à accroitre la fiabilité, la précision et le rendement du contrôle en déterminant un paramètre magnétique des pièces à contrôler, représentatif de leurs caractéristiques mécaniques, et à exclure toute influence de la vitesse du mouvement des pièces sur les résultats du contrôle.

L'invention a donc pour objet un procédé de contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement, qui consiste à aimanter par un champ magnétique la pièce à contrôler au cours de son mouvement et à transformer en un signal électrique la variation de l'induction dans une zone située, dans le sens du mouvement des pièces, au-delà du champ magnétique, variation qui est due au passage de la pièce à contrôler par cette zone, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on convertit également en un signal électrique la variation de l'induction dans une-zone du champ magnétique, provoquée par le passage de la pièce à contrôler par cette zone, on isole de chacun desdits signaux des impulsions d'une polarité quelconque, on intègre chacune de ces impulsions et l'on détermine, d'après les résultats de l'intégration, les caractéristiques mécaniques de la pièce.

L'isolation d'une impulsion unipolaire du signal électrique résultant de la variationede l'induction dans la zone au-delà du champ magnétique pendant le passage à travers cette zone de la pièce aimantée, et l'intégration de l'impulsion isolée permettent de s'affranchir de l'influèn- ce de la vitesse du mouvement des pièces sur les résultats du contrôle et d'obtenir un paramètre qui seul détermine la valeur de l'induction résiduelle, c'est-à-dire la force coercitive du matériau de la pièce. Cela augmente la précision du contrôle, grâce à quoi il devient possible de renoncer à la stabilisation de la vitesse du mouvement des pièces, soit à leur arret en cours d'aimantation, ce qui, à son tour, permet d'accroire le rendement du contrôle.

En outre, le fait de ne pas arreter les pièces pendant leur aimantation offre la possibilité d'obtenir l'informa tison sur un paramètre supplémentaire des pièces à contrôler qui est l'induction maximale dans la pièce au cours de son aimantation. Ceci est obtenu en transfprmant en un signal électrique la variation de l'induction dans une zone du champ magnétique, variation provoquée par le passage par cette zone de la pièce à contrôler, en obtenant ainsi, après l'intégration d'une impulsion unipolaire isolée de ce signal, un résultat qui ne dépend pas de la vitesse du mouvement de la pièce et qui correspond, avec un haut degré de précision, à la valeur de l'induction maximale du matériau de la pièce.L'information ainsi obtenue sur deux paramè- tres magnétiques, à savoir l'induction maximale et la force coercitive du matériau de la pièce, les deux étant déterminés avec une grande précision, permet de jugeur avec plus de certitude des caractéristiques mécaniques des pièces.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation avec référence aux dessins annexés, sur lesquels
- les figures la, b et c représentent des diagrammes des variations de signaux en fonction du temps, qui illustrent le procédé de contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement conforme à l'invention et qui se rapportent au passage des pièces à contrôler par une zone du champ magnétique
- les figures 2a, b et c sont des diagrammes des variations de signaux en fonction du temps, qui illustrent le procédé de contrôle électromagnétique des caractéristi ques mécaniques Ci&commat; de pièces ferromagnétiques en mouvement se- lon l'invention et qui se rapportent au passage des pièces à contrôler à travers une zone située aù-delà du champ ma gnétique dans le sens du mouvement des pièces , et
- la figure 3 est un schéma du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement, selon l'invention.

Au cours de son mouvement, la pièce ferromagnétique à contrôler traverse une zone dans laquelle règne un champ magnétique permanent en s' aimantant jusqu'à saturation et nrovoque, dans cette zone, une variation de l'induction B, représentée sur la figure la, où Bg correspond à la valeur de l'induction du champ magnétique dans lequel la pièce à contrôler s' aimante en se déplaçant. Pour rendre plus clair l'objet de l'invention, on a présenté sur chacune des figures la à 1c deux courbes correspondant aux signaux engendrés au passage de la pièce par ladite zone avec des vitesses différentes : la première de ces courbes correspond à une vitesse plus faible et la seconde, à une vitesse plus élevée.On transforme cette variation de l'induction, à l'aide, par exemple, d'une bobine entourant ladite zone, en un signal électrique E (t), montré sur la figure lb, qui, suivant la loi de l'induction de Faraday, est égal à:

où N1 est le nombre de spires de la bobine transformatrice t est le temps , et (t) est le flux magnétique engendré dans la bobine au moment t.

Le moment t1 correspond à la valeur maximale de l'induction dans la zone considérée quand l'intensité d'aimantation de la pièce à contrôler est maximale et le signal électrique E4 (t) obtenu par transformation est égal à zéro (changement de signe).

Au moment t2, la niéee à contrôler cesse pratiquement d'exercer une influence sur la zone considérée et le signal électrique C4 (t) de la bobine transformatrice devient nul. On isole du signal électrique s4 (t) obtenu une impulsion unipolaire, positive par exemple, dont l'aire est hachurée sur la figure lb. On intègre cette impulsion dans l'intervalle de temps de t1 à t2 et l'on obtient une tension
U1 montrée à la figure îc, qui est donnée par

où K est la constante d'intégration.

En tenant compte du fait que le flux (t1) au mo ment tl atteint sa valeur maximale #1max, puis qu'à ce mo- ment t1, c'est la section de pièce présentant la valeur maximale du flux magnétique 1max qui passe par la zone consi dérée, et du fait également que le flux 4(t2) au moment t2 est égal au flux O0 créé par le champ magnétisant, comme à ce moment t2 la pièce cesse pratiquement d'influencer la zone considérée, on arrive à la conclusion que la tension intégrée sera U1 = N1K [#1max - #o], c'est-à-dire qu'elle ne dépend pas de la vitesse de passage de la pièce par la zone du champ magnétique mais seulement de la valeur maximale du flux magnétique dans la pièce au moment de son passage par ladite zone, soit par la valeur max de l'induction maximale du matériau de la pièce.

Ce qui précède est illustré par les courbes représentées sur la figure îc dont il ressort qu'en intégrant les signaux électriques obtenus par transformation de la variation de l'induction de la zone du champ magnétique lors du passage par cette zone -de pièces ayant une même valeur de l'induction maximale BmaxI mais s' avançant à des vitesses différentes, on obtient deux tensions U1 identiques.

En continuant son mouvement, la pièce aimantée passe par une zone située au-delà de celle du champ magnétique, en y provoquant une variation de l'induction magnétique B, indiquée en figure 2a. Sur les figures 2a à 2c, tout comme sur les figures la à lc, on a également représenté deux courbes correspondant au passage, à travers la zone dépourvue de champ magnétique, d'une pièce ayant la même valeur de l'induction résiduelle Br mais qui se déplace à des vitesses différentes.

On transforme cette variation de l'induction à l'aide, par exemple, d'une bobine entourant la zone dépourvue de champ d'aimantation, en un signal électrique c2(t) indiqué sur la figure 2b, qui est donné par

où N2 = nombre de spires de la bobine transformatrice placée au-delà du champ d'aimantation , et 2(t) = flux magnétique engendré dans cette bobine au moment t.

Au moment t3 correspondant à la valeur maximale de l'induction dans la zone considérée, la section de la pièce comportant la valeur maximale du flux magnétique résiduel passe par cette zone, et le signal électrique E2(t) obtenu est égal à zéro (changement de signe).

Au moment t4, la pièce à contrôler cesse pratiquement d'exercer une influence sur la zone considérée. A ce moment t4, le signal électrique 2(t) devient nul.

On isole de la même manière, du signal s2(t), une impulsion unipolaire dans l'intervalle de temps de t3 à t4, on intègre cette impulsion dans cet intervalle de temps et l'on obtient une tension U2 indiquée en figure 2c, qui est donnée par ::

En tenant compte du fait que le flux (P2(t3) au moment t3 atteint sa valeur maximale 2 max puis qu'en ce moment t3, c'est la section de la pièce ayant la valeur maximale du flux magnétique résiduel O2 max qui passe par la zone considérée, et du fait également que le flux 2(t4)aumo- ment t4 est égal à zéro comme à ce miment la pièce cesse pratigument d'influencer la zone considérée, la tension intégrée sera
U2 = N2K 2 max
De cette manière, la tension U2 ne dépend pas de la vitesse de passage de la pièce à travers la zone dépourvue de champ magnétique, mais est seulement déterminée soit par la valeur maximale du flux magnétique résiduel dans la pièce, soit par la valeur de la force coercitive du matériau de la pièce.

Ce qui précède est illustré par les courbes représentées sur la figure 2c dont il ressort qu'en intégrant les signaux électriques obtenus par transformation de la variation de l'induction dans la zone dépourvue de champ d'aimantation lors du passage par cette zone de pièces ayant une même valeur du flux magnétique résiduel, mais s'avançant à des vitesses différentes, on obtient deux tensions U2 identiques.

Ainsi, grace au procédé de l'invention, on obtient deux valeurs de tension U1 et U2 proportionnelles, respectivement, aux flux magnétiques maximal et résiduel dans la pièce à contrôler, soit aux valeurs de l'induction maximale et de la force coercitive du matériau de la pièce.

Ces deux paramètres définissent, avec un haut degré de fiabilité, les caractéristiques mécaniques des pièces à contrôler. Le rendement du contrôle obtenu par ce procédé est seulement déterminé par lavitesse de transport des pièces et peut être très grande, grâce au fait que dans ce procédé de contrôle, les pièces n'ont pas besoin d'être arrêtées.

Le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif représenté sur la figure 3 Les pièces 1 à contrôler se déplacent, par exemple, à l'intérieur d'une auge 2 ou sur un transporteur. Le dispositif comprend une bobine d'aimantation 3 ou un électro-aimant alimentés par une source 4 de courant continu, des bobines de lecture 5 et 6 dont l'une est placée à l'intérieur de la bobine d'aimantation 3 coaxialement à celle-ci et dont l'autre est disposée au-delà de la bobine d'aimantation 3 dans le sens de mouvement des pièces 1. Deux canaux de mesure 7 et 8 dentiques sont branchés sur un bloc de commande 9 dont la sortie est reliée à un bloc de triage lo,
Chacun des canaux de mesure 7 et 8 comporte, con nectés en série :: un amplificateur 11, une porte de commande 12, un intégrateur 13 et un comparateur 14. L'entrée de l'amplificateur 11 est reliée à une bobine correspondante 5 ou 6, sa sortie attaquant l'entrée de la porte 12 et l'entrée du comparateur 14. La sortie de la clé 12 est reliée à l'entrée d'information de l'intégrateur 13, alors que l'entrée de commande de la porte 12 est reliée à la sortie du comparateur 14 qui est egalement branchés sur l'entrée de synchronisation du bloc de commande 9. L'entrée d'information du bloc de commande 9 est reliée à la sortie de l'intégrateur 13, tandis qu'une autre sortie du bloc de commande 9 est reliée à l'entrée d'établissement de l'intégrateur 13.

Le dispositif fonctionne de la manière suivante.

Pendant son mouvement, la pièce 1 à contrôler passe à travers la bobine d'aimantation 3 qui crée un champ magnétique permanent. Dans cette bobine, la pièce est aimantée à saturation A ce stade, il est induit dans la bobine de lecture 5, un signal de f.é.m. qui est envoyé, à travers l'amplificateur 11 du canal 7, sur les entrées de la porte 12 et du comparateur 14 de ce canal. Le niveau de seuil du comparateur 14 est réglé à une valeur telle que le comparateur 14 fonctionne aux moments correspondant au début et à la fin d'une impulsion unipolaire, positive par exemple, du signal de la bobine de lecture 5.Le signal issu de la sortie du comparateur 14 débloque la porte 12 qui isole, du signal de la bobine de lecture 5, une impulsion unipolaire en laissant passer cette impulsion vers l'intégrateur 13, de la sortie duquel le signal intégré parvient sur le bloc de commande 9 qui transforme ce signal en un code. L'instant de début de la conversion du signal de l'íntégrateur 13 en un code est déterminé par le signal issu du comparateur 14 et parvenant à l'entrée de synchronisation du bloc de commande 9. Le code du signal intégré parvient de la sortie du bloc de commande 9 sur l'entrée du bloc de triage 10.Après achèvement de la transformation du signal de l'intégrateur 13 en un code, l'intégrateur 13 est remis à l'état de départ par le signal venant de la sortie correspondante du bloc de commande 9, de sorte que le canal 7 est à nouveau prêt à recevoir le signal induit dans la bobine de lecture 5 au passage de la pièce 1 suivante
A un stade ultérieur, la pièce 1 continuant son mouvement passe a travers la bobine de lecture 6 dans laquelle est induit un signal de f.e.m. Le traitement de ce signal est effectué dans le canal 8 de la même manière que celui du signal de la bobine 5. Le bloc de commande donne des ordres, conformément aux codes des signaux intégrés, proportionnels à l'induction maximale et résiduelle de la pièce 1 à contrôler, au bloc de triage lo qui effectue le classement des pièces d'après leurs caractéristiques méca- niques.

Le procédé proposé permet de contrôler des pièces sur une chaine de fabrication sans réduire le rendement ou la productivité et avec une précision élevée et une fiabilité considérable.

Claims

REVENDICATION

Procédé de contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement, consistant à aimanter par un champ magnétique la pièce à contrôler au cours de son mouvement et à transformer en un signal électrique la variation de l'induction dans une zone située, dans le sens du mouvement des pièces, au-delà du champ magnétique, variation qui est due au passage de la pièce à contrôler par cette zone, caractérisé en ce qu'on convertit également en un signal électrique la variation de l'induction dans une zone du champ magnétique, due au passage de la pièce à contrôler par cette zone, on isole de chacun desdits signaux des impulsions d'une polarité- quelcon- que, on intègre chacune de ces impulsions et l'on détermine les caractéristiques mécaniques de la pièce d'après les résultats de l'intégration.