PL248296B1 - Głowica pomiarowa - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest głowica pomiarowa, którą wykorzystuje się do badania właściwości blach stalowych z wykorzystaniem metody szumów Barkhausena. Głowica pomiarowa metodą szumów Barkhausena charakteryzuje się tym, że zawiera obudowę (18) z otworem kabla zasilającego uzwojenie magnesujące (19) i otworem kabla sygnałowego cewki detekcyjnej (20) oraz podstawkę (1) z otworami mocującymi (21) oraz wspornikiem (2), dla co najmniej dwóch sprężyn (3), które są mocowane do gniazda sprężyn (4), przy czym gniazda sprężyn (4) z każdej strony są sztywnie połączone z kołnierzami (8) karkasu (5), na którym nawinięte jest uzwojenie magnesujące (6), natomiast przez karkas (5) oraz przez uzwojenie magnesujące (6) mocowane jest jarzmo magnetyczne (7), które z każdej strony ma wystające kolumny (9), które wychodzą ponad kołnierze (8) karkasu (5), natomiast na kolumnach (9) jarzma magnetycznego (7) mocowana jest rozłącznie i przelotowo belka (10), w której gnieździe (11) za pomocą obsadki (12) jest umiejscowiona cewka detekcyjna (13), przy czym belka (10) ma dwa otwory belki (14), przez które przechodzą kolumny (9), jarzma magnetycznego (7), natomiast obsadka (12) ma otwór obsadki (16), przez który przechodzi sprężyna belki (15), która mocowana jest wewnątrz otworu obsadki (16) i gniazd sprężyny belki (10) trwale.

Description

Opis wynalazku

DZIEDZINA TECHNIKI

Przedmiotem wynalazku jest głowica pomiarowa, którą wykorzystuje się do badania właściwości blach stalowych z wykorzystaniem metody szumów Barkhausena.

STAN TECHNIKI

W badaniach materiałowych szczególną rolę odgrywają badania nieinwazyjne, dzięki którym na podstawie wskazań, bez niszczenia próbek uzyskuje się dane o możliwości wystąpienia pęknięć, wad ukrytych itp.

Szczególną rolę odgrywa metoda opierająca się na pomiarze szumów Barkhausena, w której głowica pomiarowa służąca do badań tą metodą, składa się standardowo z jarzma z nawiniętym uzwojeniem magnesującym oraz umieszczonej pomiędzy nabiegunnikami cewki detekcyjnej, w której indukują się impulsy elektryczne stowarzyszone z przesuwaniem się ścian domen magnetycznych, czyli dynamika ruchu ścian domenowych warunkowana jest stanem naprężeń w materiale.

Podstawowym warunkiem prawidłowego prowadzenia badań metodą Barkhausena jest zachowanie niezmiennych warunków magnesowania, co wymaga powtarzalnego przyłożenia biegunów jarzma magnesującego oraz samej cewki detekcyjnej do powierzchni badanego materiału.

Zagadnienie to nie stanowi istotnego problemu, jeśli powierzchnia badanego przedmiotu jest płaska, nachylona pod znanym stałym kątem lub posiada znany stały promień krzywizny.

Jednym z zabiegów pozwalających na częściowe zniwelowanie wpływu /profilu/ powierzchni jest zaokrąglenie nabiegunników, tak aby styk powierzchni badanego materiału miał charakter liniowy zamiast powierzchniowego oraz umieszczenie cewki detekcyjnej na elemencie sprężystym, umożliwiającym ruch wzdłuż jej osi obrotu.

W przypadku badań naprężeń własnych metodą Barkhausena wyrobów płaskich - taśm i blach w sposób automatyczny, podstawowym problem jest nieznany przebieg profilu ich kształtu, a tym samym określenie kąta nachylenia stycznej do powierzchni w miejscu pomiaru, pod jakim powinna zostać ustawiona głowica pomiarowa.

W przypadku ręcznego operowania głowicą przez operatora odbywa się to w sposób naturalny.

Podczas automatycznego operowania głowicą np. za pomocą ramienia robota przemysłowego lub systemu pozycjonującego, kiedy jest ona opuszczana i podnoszona pionowo, brak dokładnego przyłożenia jarzma do ustawionej pod kątem powierzchni będzie skutkował osłabieniem strumienia magnetycznego, a tym samym wpływał na wynik pomiaru w postaci powstawania błędu pomiaru.

Z polskiego opisu patentowego PL.207324 znany jest przetwornik pomiarowy zbudowany z rdzenia ferromagnetycznego typu „U”, na którym nawinięte jest uzwojenie wzbudzające i dwóch cewek pomiarowych, który wyróżnia się tym, że cewki pomiarowe umieszczone są centralnie pomiędzy kolumnami rdzenia ferromagnetycznego, jedna nad drugą. Jedna z cewek pomiarowych znajduje się bezpośrednio nad powierzchnią badanego materiału, a druga cewka pomiarowa odniesienia umieszczona jest nad pierwszą cewką suwliwie na trzpieniu, co pozwala regulować odległość pomiędzy cewkami. Cewki pomiarowe połączone są różnicowo, dzięki czemu zakłócenia pochodzące z zewnątrz, które oddziaływają w zbliżony sposób na obie cewki, ulegają redukcji, w przeciwieństwie do sygnału użytecznego, którego amplituda jest znacząco większa w cewce umieszczonej w pobliżu powierzchni badanej struktury. Cewka pomiarowa odniesienia nawinięta jest na pierścień z gwintem wewnętrznym i umieszczona na nagwintowanym odcinku trzpienia. Trzpień wykonany jest z materiału nieprzewodzącego i nie magnetycznego. Rdzeń, cewki i trzpień umieszczone są w metalowej obudowie, korzystnie w kształcie prostopadłościanu o podstawie wykonanej z materiału nieprzewodzącego i niemagnetycznego.

Z opisu polskiego zgłoszenia patentowego P.403854 znany jest sposób lokalizacji obszarów zagrożonych pęknięciem w blachach stalowych z wykorzystaniem metody szumów Barkhausena polega na tym, że aparaturę badawczą kalibruje się na blasze wzorcowej - blasze wysokiej jakości, a następnie głowicę sondy przykłada się do blachy badanej przy pęknięciu, po czym uzyskane wyniki przesyła się do aparatury badawczej, gdzie dokonuje się analizy uzyskanych wyników na badanym obiekcie.

Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US3427872A znany jest sposób badania stanu naprężenia w materiale magnetycznym bez destrukcji, który obejmuje następujące kroki: (a) przyłożenie pola magnetycznego na obszar materiału do zbadania; (b) zmiana intensywności przyłożonego pola magnetycznego w znacznym zakresie; (c) wykrywanie szumu Barkhausena generowanego przez materiał w odpowiedzi na zmiany pola magnetycznego w badanym obszarze; (d) demodulacja szumu Barkhausena w celu uzyskania sygnału Barkhausena, w którym obecne jest znaczne naprężenie rozciągające w wyniku obecności znacznej ilości szumu Barkhausena i znaczne naprężenie ściskające w wyniku braku znacznej ilości szumu Barkhausena; oraz (e) wyświetlenie sygnału Barkhausena w celu obserwacji i analizy.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP2715378A1 znany jest uchwyt próbki podłączanej do urządzenia służącego do podtrzymywania uchwytu próbki w celu pomiaru właściwości dielektrycznych i/lub magnetycznych próbki. Wspomniane urządzenie podtrzymujące zawiera: pierwsze i drugie złącza odpowiednie do umożliwienia przejścia przez nie fali elektromagnetycznej oraz do podłączenia do środków do przesyłania fali elektromagnetycznej i do środków do cyrkulacji fali elektromagnetycznej po przejściu przez, odpowiednio, urządzenie podtrzymujące i uchwyt próbki, który nadaje się do przesyłania całości lub części fali elektromagnetycznej z pierwszego złącza do drugiego złącza zgodnie z osią odniesienia (x) i może być umieszczony pomiędzy nimi w sposób zdejmowalny, przy czym uchwyt próbki zawiera zewnętrzny korpus rurowy, który jest współosiowy ze wspomnianą osią odniesienia (x), oraz wnękę, w której ma być umieszczona próbka, przy czym uchwyt próbki zawiera ponadto ścianki boczne usytuowane poprzecznie do osi odniesienia (x) po obu stronach wnęki.

Dotychczasowe rozwiązania nie pozwalają na utrzymanie głowicy pomiarowej pod kątem prostym w stosunku do powierzchni badanego materiału.

UJAWNIENIE WYNALAZKU

Problemem technicznym rozwiązywanym przez wynalazek jest utrzymanie głowicy pomiarowej do badań metodą szumów Barkhausena, pod kątem prostym lub jak najbardziej zbliżonym do kąta prostego.

W świetle opisanego stanu techniki celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie wskazanych niedogodności i dostarczenie głowicy pomiarowej do badań metodą szumów Barkhausena, która dzięki zastosowaniu układu amortyzacyjnego opartego na sprężynach, powoduje, iż głowica układa się pod kątem prostym lub zbliżonym do kąta prostego.

Głowica pomiarowa do badań metodą szumów Barkhausena charakteryzuje się tym, że zawiera obudowę z otworem kabla zasilającego uzwojenie magnesujące i otworem kabla sygnałowego cewki detekcyjnej oraz podstawkę z otworami mocującymi oraz wspornikiem, dla co najmniej dwóch sprężyn, które są mocowane w gniazdach sprężyn, przy czym gniazda sprężyn z każdej strony są sztywnie połączone z kołnierzami karkasu, na którym nawinięte jest uzwojenie magnesujące, natomiast przez karkas oraz przez uzwojenie magnesujące mocowane jest jarzmo magnetyczne, które z każdej strony ma wystające kolumny, które wychodzą ponad kołnierze karkasu, natomiast na kolumnach jarzma magnetycznego mocowana jest rozłącznie i przelotowo belka, w której gnieździe za pomocą obsadki jest umiejscowiona cewka detekcyjna, przy czym belka ma dwa otwory belki, przez które przechodzą kolumny jarzma magnetycznego, natomiast obsadka ma otwór obsadki, przez który przechodzi sprężyna belki, która mocowana jest wewnątrz otworu obsadki i gniazd sprężyny belki trwale.

Korzystnie, sprężyny są montowane w gniazdach i wsporniku niesuwliwie.

Korzystnie, gniazda sprężyn nie stykają się z podstawą.

Korzystnie, obsadka jest prostopadłościanem.

Korzystnie, gniazdo obsadki w belce posiada prostokątny kształt.

Korzystnie, sprężyna mocowana jest w obsadce niesuwliwie.

Korzystnie, sprężyny są sprężynami pracującymi na ściskanie i rozciąganie.

Zaletą zastosowanego rozwiązania jest posiadanie przez jarzmo magnesujące głowicy pomiarowej wielu stopni swobody względem podstawy pozwalające na jego ustawienie pod kątem prostym lub bardzo zbliżonym do kąta prostego względem powierzchni badanego materiału. Dzięki temu zapewniony jest dobry kontaktu obu nabiegunników z badaną powierzchnią, dając możliwość zachowania stałych warunków magnesowania, co jest istotne z punktu widzenia prowadzenia badań metodą szumów Barkhausena.

Ponadto posiadanie przez cewkę detekcyjną możliwości przesuwania się (ruchy góra-dół oraz na boki) i przechylania w płaszczyźnie pomiędzy bieguny jarzma, pozwala na jej dopasowanie do powierzchni badanego materiału, dając możliwość dokładnej detekcji szumów Barkhausena.

KRÓTKI OPIS FIGUR RYSUNKU

Dla lepszego zrozumienia wynalazku, został on zilustrowany w przykładach wykonania oraz na załączonych figurach rysunku, na których:

Fig. 1 - przedstawia widok wnętrza głowicy pomiarowej do badań metodą badań szumów Barkhausena; Fig. 2 - przedstawia widok przekroju zespołu mocowania cewki detekcyjnej z elementem amortyzującym; Fig. 3 - przedstawia widok głowicy pomiarowej do badań metodą szumów Barkhausena w obudowie;

Fig. 4 - przedstawia widok głowicy pomiarowej do badań metodą szumów Barkhausena w obudowie od strony mocowania;

Fig. 5 - przedstawia widok mocowania zespołu magnesującego wraz z elementami amortyzującymi.

Głowica pomiarowa do badań metodą szumów Barkhausena na przedstawionych załączonych figurach jest jedynie ukazana jako poglądowa.

SPOSOBY WYKONANIA WYNALAZKU

Poniższe przykłady ilustrują wynalazek, nie ograniczając go w żaden sposób.

Przykład 1. Głowica pomiarowa do badań metodą szumów Barkhausena

Na rysunku fig. 1 oraz fig. 3 i 4 przedstawiono głowicę pomiarową do badań metodą szumów Barkhausena. Głowica jest złożona z obudowy 18, która posiada otwór do przeprowadzenia kabla zasilającego uzwojenie magnesujące 19, otwór dla kabla sygnałowego cewki detekcyjnej 20 oraz podstawkę 1 z otworami mocującymi 21. Do podstawki 1 przytwierdzony jest wspornik 2, w którym są mocowane sprężyny 3. Sprężyny są umiejscowione w gnieździe sprężyn 4, a następnie są z każdej strony sztywno połączone z kołnierzami 8 karkasu 5.

Na karkasie 5 jest nawinięte uzwojenie magnesujące 6, natomiast przez karkas 5 oraz przez uzwojenie magnesujące 6 przelotowo mocowane jest jarzmo magnetyczne 7, które z każdej strony ma wystające kolumny 9, tworząc zespół magnesujący.

Kolumny wychodzą swoim rozmiarem ponad kołnierze 8 karkasu 5, ponieważ one powodują oddziaływanie magnetyczne na badaną próbkę, czyli muszą stykać się z powierzchnią badanego materiału lub mieć możliwość oddziaływania na próbkę. Na kolumnach 9 jarzma magnetycznego 7 mocowana jest rozłącznie belka 10, w której gnieździe 11 za pomocą obsadki 12 jest umiejscowiona cewka detekcyjna 13. Zamocowanie cewki indukcyjnej 13 w ten sposób powoduje, że następuje stabilizacja przyłożenia, zarówno samej cewki indukcyjnej, jak i zespołu magnesującego do badanego materiału, ponieważ występuje podwójny zespół sprężyn, które mają możliwości swobody ruchu w wielu płaszczyznach.

Dodatkowo belka 10 ma dwa otwory belki 14, przez które przechodzą kolumny 9 jarzma magnetycznego 7. Obsadka 12 ma otwór obsadki 16, przez który przechodzi sprężyna belki 15, która mocowana jest wewnątrz otworu obsadki 16 i gniazd sprężyny 17 belki 10 trwale. Dzięki temu, również sama cewka detekcyjna 13 ma możliwość niezależnego ruchu względem kolumn jarzma 9, dostosowując się do nierówności powierzchni badanego materiału.

Obudowa, jest wykonana z materiału tłumiącego promieniowanie elektromagnetyczne, czyli zewnętrzne zakłócenia.

Zespół magnesujący składający się z karkasu 5, uzwojenia magnesującego 6 i jarzma 7 oraz belka 10 obsadki z cewką detekcyjną 13 mają trzy stopnie swobody - obrotu i przesuwu wokół osi XYZ oraz ewentualnie skręt względem podstawy.

WYKAZ OZNACZEŃ:

1. Podstawka;

2. Wspornik;

3. Sprężyny;

4. Gniazda sprężyn;

5. Karkas;

6. Uzwojenie magnesujące;

7. Jarzmo magnetyczne;

8. Kołnierze karkasu;

9. Kolumny, czyli bieguny jarzma magnetycznego;

10. Belka mocowana na kolumnach jarzmach magnetycznego;

11. Gniazdo obsadki;

12. Obsadka;

13. Cewka detekcyjna szumów Barkhausena;

14. Otwory belki;

15. Sprężyna belki;

16. Otwór obsadki;

17. Gniazda sprężyny;

18. Obudowa;

19. Otwór kabla zasilającego uzwojenie magnesujące;

20. Otwór kabla sygnałowego cewki detekcyjnej;

21. Otwory mocujące.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Głowica pomiarowa do badań metodą szumów Barkhausena znamienna tym, że zawiera obudowę (18) z otworem kabla zasilającego uzwojenie magnesujące (19) i otworem kabla sygnałowego cewki detekcyjnej (20) oraz podstawkę (1) z otworami mocującymi (21) oraz wspornikiem (2), dla co najmniej dwóch sprężyn (3), które są mocowane w gniazdach sprężyn (4), przy czym gniazda sprężyn (4) z każdej strony są sztywnie połączone z kołnierzami (8) karkasu (5), na którym nawinięte jest uzwojenie magnesujące (6), natomiast przez karkas (5) oraz przez uzwojenie magnesujące (6) mocowane jest jarzmo magnetyczne (7), które z każdej strony ma wystające kolumny (9), które wychodzą ponad kołnierze (8) karkasu (5), natomiast na kolumnach (9) jarzma magnetycznego (7) mocowana jest rozłącznie i przelotowo belka (10), w której gnieździe (11) za pomocą obsadki (12) jest umiejscowiona cewka detekcyjna (13), przy czym belka (10) ma dwa otwory belki (14), przez które przechodzą kolumny (9) jarzma magnetycznego (7), natomiast obsadka (12) ma otwór obsadki (16), przez który przechodzi sprężyna belki (15), która mocowana jest wewnątrz otworu obsadki (16) i gniazd sprężyny (17) belki (10) trwale.
2. 2. Głowica pomiarowa według zastrz. 1 znamienna tym, że sprężyny (3) są montowane w gniazdach (4) i wsporniku (2) niesuwliwie.
3. 3. Głowica pomiarowa według zastrz. 1 albo 2 znamienna tym, że gniazda sprężyn (4) nie stykają się z podstawą (1).
4. 4. Głowica pomiarowa według jednego z zastrz. 1-3 znamienna tym, że obsadka (12), jest prostopadłościanem.
5. 5. Głowica pomiarowa według jednego z zastrz. 1-4 znamienna tym, że gniazdo obsadki (16) w belce (10) posiada prostokątny kształt.
6. 6. Głowica pomiarowa według jednego z zastrz. 1-5 znamienna tym, że sprężyna belki (15) mocowana jest w obsadce (12) niesuwliwie.
7. 7. Głowica pomiarowa według jednego z zastrz. 1-6 znamienna tym, że sprężyny (3) oraz (15) są sprężynami pracującymi na ściskanie i rozciąganie.