RU2115114C1

RU2115114C1 - Electron-optical magnetic orthograph

Info

Publication number: RU2115114C1
Application number: RU94042545A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Абакумов (старший); А.А. Абакумов
Original assignee: Алексей Алексеевич Абакумов (старший); Абакумов Алексей Алексеевич; Обнинский институт атомной энергетики
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1998-07-10
Also published as: RU94042545A

Abstract

FIELD: instrumentation, flaw detection in ferromagnetic material and articles. SUBSTANCE: given device includes electromagnet, line converter of magnetic field and video tester. Electromagnet is fitted with four small wheels located on outsides of its poles. Gap is formed between poles of electromagnet and object of test with installation of electromagnet on wheels on surface of object. Orthograph is moved over surface of object by stepping electric motor kinematically coupled with wheels. Value of movement is set by digital-to-analog converter and controller of power of motor. Operator controls orthograph from control desk. Measurement data are visualized on display. EFFECT: increased accuracy and reliability of orthograph. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при дефектоскопическом контроле ферромагнитных материалов и изделий. The invention relates to the field of instrumentation and can be used for inspection of ferromagnetic materials and products.

Известен магнитный дефектоскоп [1] , содержащий блок намагничивания, последовательно соединенные датчик скорости движения магниточувствительного узла, блок синхронизации, формирователь адресных токов, магниточувствительный блок, усилитель и АЦП. Known magnetic flaw detector [1], containing a magnetization unit, series-connected speed sensor of the magnetically sensitive node, synchronization unit, shaper of address currents, magnetically sensitive block, amplifier and ADC.

Однако это устройство обладает низкой надежностью, поскольку, предназначенное для использования в условиях производства или эксплуатации крупногабаритных ферромагнитных изделий, например, на нефте- и газопроводах, в цехах, на полигонах, оно подвергается воздействию внешних разрушительных факторов, в том числе и механических. Одним из наиболее уязвимых мест дефектоскопа при этом является датчик скорости движения магниточувствительного узла, стирание механической части и загрязнение подвижных узлов которого приводит к снижению точности контроля и выходу дефектоскопа из строя. However, this device has low reliability, as it is intended for use in the production or operation of large-sized ferromagnetic products, for example, in oil and gas pipelines, in workshops, in landfills, it is exposed to external destructive factors, including mechanical ones. In this case, one of the most vulnerable places of the flaw detector is a speed sensor of the magnetically sensitive unit, the erasure of the mechanical part and contamination of the moving parts of which leads to a decrease in the control accuracy and failure of the flaw detector.

Известен магнитотелевизионный дефектоскоп [21, содержащий магниточувствительный узел, видеоусилитель, видеоконтрольный блок, блок управления и датчик скорости движения, позволяющий осуществлять построчное сканирование контролируемой поверхности. Known magnetotelevision flaw detector [21, containing a magnetically sensitive node, a video amplifier, a video control unit, a control unit and a speed sensor that allows line-by-line scanning of a controlled surface.

При этом данный дефектоскоп обладает существенным недостатком, связанным со сложностью схемы измерения и синхронизации датчика скорости. Moreover, this flaw detector has a significant drawback associated with the complexity of the measurement and synchronization of the speed sensor.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является линейный преобразователь магнитных полей [3], содержащий блок намагничивания. The closest in technical essence to the claimed device is a linear magnetic field transducer [3] containing a magnetization unit.

Недостатком данного устройства является его низкая точность и надежность. The disadvantage of this device is its low accuracy and reliability.

Целью изобретения является повышение точности и надежности магнитографического ортографа. The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of a magnetographic orthograph.

Поставленная цель достигается тем, что в электронно-механическом магнитографическом ортографе, содержащем блок намагничивания, строчный преобразователь магнитного поля и видеоконтрольное устройство, блок намагничивания снабжен четырьмя колесиками, расположенными с внешних сторон его полюсов таким образом, что при установке блока намагничивания на колесиках на поверхности объекта контроля между его полюсами и объектом контроля образуется зазор, введены микроконтроллер, пульт управления, выходом связанный с первым входом микроконтроллера, второй вход которого подсоединен к выходу строчного преобразователя магнитного поля, последовательно включенные цифро-аналоговый преобразователь, подключенный входом к первому выходу микроконтроллера, регулятор мощности электродвигателя и прикрепленный к электромагниту шаговый электродвигатель, ротор которого механически связан с двумя колесиками, расположенными на разных полюсах электромагнита и размещенными на одной оси, а также блок запуска электродвигателя, входом связанный со вторым выходом микроконтроллера, а выходом - со входом шагового электродвигателя, причем третий выход микроконтроллера подключен ко входу строчного преобразователя магнитного поля, четвертый - ко входу блока питания электромагнита, а пятый - ко входу видеоконтрольного устройства. This goal is achieved by the fact that in an electronic-mechanical magnetographic orthograph containing a magnetization unit, a horizontal magnetic field converter and a video monitoring device, the magnetization unit is equipped with four wheels located on the outer sides of its poles so that when the magnetization unit is mounted on wheels on the object’s surface control between its poles and the control object, a gap is formed, a microcontroller, a control panel, an output connected to the first input of the microcontroller are introduced an oller, the second input of which is connected to the output of the horizontal magnetic field converter, a digital-to-analog converter connected in series with the input to the first output of the microcontroller, an electric motor power regulator and a stepper motor attached to the electromagnet whose rotor is mechanically connected to two wheels located at different poles of the electromagnet and placed on one axis, as well as an electric motor start-up block, an input connected to the second output of the microcontroller, and the output m - to the input of the stepper motor, and the third output of the microcontroller is connected to the input of the horizontal magnetic field transducer, fourth - to the input of an electromagnet power supply and five - to the input of the video control device.

Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что намагничивающий блок снабжен четырьмя колесиками, расположенными с внешних сторон его полюсов таким образом, что при установке намагничивающего блока на колесиках на поверхности объекта контроля между его полюсами и объектом контроля образуется зазор, введены микроконтроллер, пульт управления, выходом связанный с первым входом микроконтроллера, второй вход которого подсоединен к выходу строчного преобразователя магнитного поля, последовательно включенные цифроаналоговый преобразователь, подключенный входом к первому выходу микроконтроллера, регулятор мощности электродвигателя и прикрепленный к электромагниту шаговый электродвигатель, ротор которого механически связан с двумя колесиками, расположенными на разных полюсах электромагнита и размещенными на одной оси, а также блок запуска электродвигателя, входом связанный со вторым выходом микроконтроллера, а выходом - со входом шагового электродвигателя, причем третий выход микроконтроллера подключен ко входу преобразователя магнитного поля, четвертый - ко входу блока питания электромагнита, а пятый - ко входу видеоконтрольного устройства. A distinctive feature of the claimed device is that the magnetizing unit is equipped with four wheels located on the outer sides of its poles so that when the magnetizing unit is mounted on wheels on the surface of the control object, a gap is formed between its poles and the control object, a microcontroller, a control panel, an output are introduced connected to the first input of the microcontroller, the second input of which is connected to the output of the horizontal magnetic field converter, digitally connected in series A burn transformer connected by an input to the first output of the microcontroller, an electric motor power regulator, and a stepper motor attached to the electromagnet whose rotor is mechanically connected to two wheels located on different poles of the electromagnet and placed on one axis, as well as an electric motor start-up block connected to the second output microcontroller, and the output is with the input of a stepper motor, and the third output of the microcontroller is connected to the input of the magnetic field converter, The Fourth - to the input of the power supply of the electromagnet, and the fifth - to the input of the video control device.

Известно использование шаговых электродвигателей, их регуляторов мощности и блоков запуска при создании гибких автоматизированных комплексов, роботов, в вычислительной технике (в механических узлах принтеров, например) и т. д. Однако применение их в дефектоскопии для осуществления процесса считывания распределенного магнитного поля рассеяния от дефекта авторам не известно и в литературе не встречалось. It is known to use step-by-step electric motors, their power regulators, and start-up blocks when creating flexible automated complexes, robots, in computer engineering (in the mechanical nodes of printers, for example), etc. However, their use in flaw detection to carry out the process of reading the distributed magnetic field of the scattering from a defect the authors are not known and have not been found in the literature.

Известно применение ЦАП и микроконтроллеров в системах управления гибкими автоматизированными процессами, измерительных и бытовых радиоэлектронных приборах. Однако в заявляемом магнитографическом ортографе эти блоки служат для сканирования пространственно распределенного магнитного поля рассеяния от дефектов электронно-механическим способом. При этом местоположение измерительного преобразователя относительно исследуемого поля определяется путем подсчета микроконтроллером импульсов синхронизации, поступающих на шаговый электродвигатель. It is known the use of DACs and microcontrollers in control systems of flexible automated processes, measuring and household electronic devices. However, in the inventive magnetographic orthograph, these blocks serve to scan the spatially distributed magnetic field of scattering from defects by the electron-mechanical method. In this case, the location of the measuring transducer relative to the field under study is determined by counting the synchronization pulses by the microcontroller received by the stepper motor.

На фиг. 1 приведена блок-схема ортографа; на фиг. 2 - конструкция его механической части. In FIG. 1 shows a block diagram of an orthograph; in FIG. 2 - design of its mechanical part.

На фиг. 1 и 2 изображены: источник 1 питания и его блок 2 намагничивания, связанные между собой, объект 3 контроля, строчный преобразователь 4 магнитного поля, механически закрепленный на блоке 2 намагничивания и выполненный на основе последовательно соединенных строки магниточувствительных элементов, коммутатора, усилителя, фильтра, устройства выборки-хранения и АЦП [4], микроконтроллер 5 (может быть использована, например, микроконтроллерная БИС типа КР1816ВЕ51), входом подключенный к выходу строчного преобразователя 4 магнитного поля видеоконтрольное устройство 6, выполненное в виде персонального компьютера или светодиодного [5] либо жидкокристаллического матричного дисплея с микропроцессорным управлением, блок 7 запуска электродвигателя, основанный на полупроводниковых логических элементах и транзисторных токовых ключах, последовательно подсоединенные ЦАП 8, регулятор 9 мощности электродвигателя на основе мощного транзисторного усилителя и шаговый электродвигатель 10, пульт управления 11, механическая передача между ротором 14 шагового электродвигателя и колесиками 13, выполненная в данном случае при помощи шкива 12, причем выходы микроконтроллера 5 связаны со входами источника 1 питания электромагнита, строчного преобразователя 4 магнитного поля, видеоконтрольного устройства 6, блока 7 запуска электродвигателя и ЦАП 8. In FIG. 1 and 2 show: a power source 1 and its magnetization unit 2, interconnected, a control object 3, a horizontal magnetic field converter 4, mechanically mounted on the magnetization unit 2 and made on the basis of series-connected strings of magnetically sensitive elements, a switch, an amplifier, a filter, sampling-storage devices and ADCs [4], microcontroller 5 (can be used, for example, microcontroller LSI type KR1816BE51), an input connected to the output of the line converter 4 of the magnetic field is video-controlled e device 6, made in the form of a personal computer or an LED [5] or liquid crystal matrix display with microprocessor control, an electric motor start-up unit 7 based on semiconductor logic elements and transistor current keys, DAC 8 connected in series, an electric motor power regulator 9 based on a powerful transistor the amplifier and the stepping motor 10, the control panel 11, a mechanical transmission between the rotor 14 of the stepping motor and the wheels 13, made I in this case by means of a pulley 12, the microcontroller 5 outputs connected to the inputs of the power source 1 of the electromagnet, the horizontal magnetic field transducer 4, a monitor device 6, the motor unit 7 and start DAC 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Оператор с пульта 11 управления инициализирует микроконтроллер 5, который подает на вход блока 7 запуска электродвигателя сигнал, длительность (или частота) которого регулирует время срабатывания шагового электродвигателя 2. С его помощью, используя передаточный механизм (например, зубчатую или ременную передачу), осуществляется вращение ведущих колес 13 и передвижение блока 2 намагничивания с прикрепленным к нему строчным преобразователем 4 магнитного поля относительно объекта 3 контроля. В зависимости от мощности, установленной ЦАП 8 и регулятором 9 мощности электродвигателя, блок 2 намагничивания передвинется на расстояние, определяющее разрешающую способность ортографа. После этого микроконтроллер 5 запускает процесс формирования и измерения поля рассеяния от дефектов. The operator from the control panel 11 initializes the microcontroller 5, which feeds a signal to the input of the motor start-up block 7, the duration (or frequency) of which controls the response time of the stepper motor 2. Using it, using a transmission mechanism (for example, a gear or belt drive), rotation driving wheels 13 and the movement of the magnetization unit 2 with a horizontal magnetic field converter 4 attached to it relative to the object 3 of the control. Depending on the power set by the DAC 8 and the motor power controller 9, the magnetization unit 2 will move a distance that determines the resolution of the orthograph. After that, the microcontroller 5 starts the process of formation and measurement of the scattering field from defects.

Запущенный микроконтроллером 5 источник 1 питания подает ток в обмотку статора блока 2 намагничивания, в результате чего блок 2 намагничивания, расположенный на колесиках 13 у поверхности контролируемого объекта 3, намагничивает его и создается приповерхностное магнитное поле рассеяния от дефектов, воздействующее на магниточувствительные элементы строчного преобразователя 4 магнитного поля, которые опрашиваются под управлением микроконтроллера 5. Далее сигналы, поступающие последовательно от каждого из магниточувствительных элементов, преобразуются строчным преобразователем 4 магнитного поля в цифровую форму, кодируются микроконтроллером 5 и передаются на вход видеоконтрольного устройства 6 в виде последовательных или параллельных посылок (например, в формате последовательного интерфейса RS-232С), где, в конечном счете, отображаются на электронно-лучевом, светодиодном или жидкокристаллическом экране в виде яркостной картины либо гистограмм, в зависимости от типа представления информации (двух- или трехмерного). Started by the microcontroller 5, the power source 1 supplies current to the stator winding of the magnetization unit 2, as a result of which the magnetization unit 2, located on the wheels 13 at the surface of the controlled object 3, magnetizes it and creates a surface magnetic field scattered from defects, affecting the magnetically sensitive elements of the line converter 4 magnetic fields that are interrogated under the control of the microcontroller 5. Next, the signals coming in series from each of the magnetically sensitive elements are converted by a horizontal magnetic field converter 4 into digital form, encoded by the microcontroller 5 and transmitted to the input of the video monitoring device 6 in the form of serial or parallel packages (for example, in the RS-232C serial interface format), where, ultimately, they are displayed on the electron beam , LED or liquid crystal screen in the form of a brightness picture or histograms, depending on the type of presentation of information (two- or three-dimensional).

После того как вся строка магниточувствительных элементов будет опрошена, микроконтроллер 5, с целью снижения потребляемой электромагнитом 2 мощности, отключает источник 1 питания. After the entire line of magnetically sensitive elements is interrogated, the microcontroller 5, in order to reduce the power consumed by the electromagnet 2, turns off the power source 1.

В том случае, если управляющего сигнала с пульта 11 управления на контроллер 5 не поступает, блок 2 намагничивания неподвижен и сканирования магниточувствительных элементов преобразователя 4 не производится. В противном же случае описанный выше процесс сканирования повторяется, и на экране видеоконтрольного устройства 6 формируется вторая строка кадра изображения магнитного отпечатка. In the event that the control signal from the remote control 11 to the controller 5 is not received, the magnetization unit 2 is stationary and scanning of the magnetically sensitive elements of the converter 4 is not performed. Otherwise, the above-described scanning process is repeated, and on the screen of the video monitoring device 6, a second line of the image frame of the magnetic fingerprint is formed.

Таким образом, при перемещении блок 2 намагничивания с установленным на нем строчным преобразователем 4 магнитного поля формируется полное отображение магнитного отпечатка внутренней структуры контролируемого изделия, по которому можно судить о наличии либо отсутствии дефектов, их размерах и взаимном расположении. Thus, when moving the magnetization unit 2 with a line-mounted magnetic field transducer 4 mounted on it, a complete display of the magnetic fingerprint of the internal structure of the monitored product is formed, which can be used to judge the presence or absence of defects, their sizes and relative positions.

Источники информации
1. А.С. N 1576858. Магнитный дефектоскоп. Авторы: А.А.Абакумов(ст), Е.Г. Типикин, опубл. в Б.И. N 25, 1990.Sources of information
1. A.S. N 1576858. Magnetic flaw detector. Authors: A.A. Abakumov (Art.), E.G. Tipikin, publ. in B.I. N 25, 1990.

2. А.С. N 1772717. Магнитотелевизионный дефектоскоп. Авторы: А.А.Абакумов(ст) и др., опубл. в Б.И. N 40, 1992. 2. A.S. N 1772717. Magnetotelevision flaw detector. Authors: A.A. Abakumov (Art.) And others, publ. in B.I. N 40, 1992.

3. А.С. N 1449887. Линейный преобразователь магнитных полей. Авторы: А. А.Абакумов и др., опубл. в Б.И. N 1, 1989. 3. A.S. N 1449887. Linear converter of magnetic fields. Authors: A. A. Abakumov et al., Publ. in B.I. N 1, 1989.

4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х томах. Том 2.- М.: Мир, 1993, С.257. 4. Horowitz P., Hill W. The art of circuitry. In 3 volumes. Volume 2.- M .: Mir, 1993, S.257.

5. Семенов П. А. , Первышев В.И. Контроллер матричного дисплея на базе ОЭВМ К1816ВЕ51 - Микропроцессорные средства и системы, N 5,1990, С.47. 5. Semenov P. A., Pervyshev V. I. Dot matrix display controller based on OVM K1816BE51 - Microprocessor means and systems, N 5.1990, P.47.

Claims

An electronic-mechanical magnetic orthograph containing a magnetization unit, a horizontal magnetic field converter and a video monitoring device, characterized in that the magnetization unit is made in the form of an electromagnetic unit equipped with four wheels located on the outside of its poles so that when installing an electromagnet on wheels on the surface of an object control between its poles and the control object, a gap is formed, a microcontroller, a control panel, an output connected to the first input of the microcontroller, are introduced, the second input of which is connected to the output of the horizontal magnetic field converter, a digital-to-analog converter connected in series, connected to the first output of the microcontroller, an electric motor power regulator and a stepper motor attached to the electromagnet whose rotor is mechanically connected to two wheels located on different poles of the electromagnet and placed on one axis, the electric motor start-up block, the input connected with the second output of the microcontroller, and the output with the step input th electric motor and the third output of the microcontroller is connected to the input of the horizontal magnetic field transducer, fourth - to the input of an electromagnetic power unit, and five - to the input of the video control device.