RU2690074C2 - Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness - Google Patents
Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690074C2 RU2690074C2 RU2017135740A RU2017135740A RU2690074C2 RU 2690074 C2 RU2690074 C2 RU 2690074C2 RU 2017135740 A RU2017135740 A RU 2017135740A RU 2017135740 A RU2017135740 A RU 2017135740A RU 2690074 C2 RU2690074 C2 RU 2690074C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- inductance
- gap
- additional
- working
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
Abstract
Description
Изобретение относится к области контроля физических свойств изделий и материалов, и может быть использовано для обнаружения зон с аномалиями твердости и иных физических и механических свойств поверхности стальных листов, рельсов, труб, прутков.The invention relates to the field of control of the physical properties of products and materials, and can be used to detect areas with anomalies of hardness and other physical and mechanical properties of the surface of steel sheets, rails, pipes, rods.
Известны устройства, реализующие способ контроля однородности механических свойств листового, сортового проката и труб, включающий применение блоков электромагнитно-акустических преобразователей, размещаемых на поверхности контролируемого изделия, возбуждение в изделии и прием упругих колебаний, прием и измерение времени пробега ультразвуковых импульсов, поляризованных вдоль и поперек направления прокатки. Причем, на каждом участке единицы проката возбуждают и принимают одновременно импульсы поперечных волн, которые преимущественно поляризованы вдоль и поперек направления прокатки, измеряют время прихода донных импульсов, отраженных от противоположной стенки единицы проката, вычисляют для каждого участка единицы проката по крайней мере одно из значений информативных соотношений, несущих информацию об однородности механических свойств [1].Known devices that implement the method of controlling the homogeneity of the mechanical properties of sheet, long products and pipes, including the use of blocks of electromagnetic-acoustic transducers placed on the surface of the test product, the excitation in the product and the reception of elastic vibrations, receiving and measuring the travel time of ultrasonic pulses polarized along and across rolling directions. Moreover, at each site, the rental unit excites and simultaneously receives transverse wave pulses, which are mainly polarized along and across the rolling direction, measure the arrival time of bottom pulses reflected from the opposite wall of the rental unit, calculate for each section of the rental unit at least one of the informative values ratios that carry information about the homogeneity of mechanical properties [1].
Известно устройство для ультразвукового контроля прочностных характеристик материалов в динамическом режиме, содержащее генератор высокочастотных электрических колебаний, два электромагнитно-акустических преобразователя, каждый из которых состоит из плоской катушки индуктивности, расположенной параллельно поверхности изделия, и магнитной системы, последовательно соединенных усилителя высокой частоты, детектора, видеоусилителя, индикатора и генератора развертки, причем второй вход индикатора подключен к генератору развертки, соединенному с генератором высокочастотных электрических колебаний, отличающееся тем, что оба электромагнитно-акустических преобразователя установлены с одной стороны контролируемого изделия, причем направление поляризации одного электромагнитно-акустического преобразователя совпадает с направлением прокатки, а второго - перпендикулярно ему, и дополнительно к выходу видеоусилителя подключена последовательная цепь из измерителя временных интервалов, делителя указанных временных интервалов и регистратора [2].A device for ultrasonic testing of the strength characteristics of materials in a dynamic mode is known, comprising a generator of high-frequency electrical oscillations, two electromagnetic acoustic transducers, each of which consists of a flat inductance coil parallel to the product surface and a magnetic system connected in series to a high-frequency amplifier detector video amplifier, indicator and sweep generator, the second input of the indicator is connected to the sweep generator, with with a generator of high-frequency electrical oscillations, characterized in that both electromagnetic-acoustic transducers are installed on one side of the product under test, the polarization direction of one electromagnetic-acoustic transducer coincides with the rolling direction, and the second one is perpendicular to it, and a series circuit is connected to the output of the video amplifier from the time interval meter, the divider of the specified time intervals and the recorder [2].
Эти многоканальные устройства позволяют вести сплошной, автоматический, высокопроизводительный контроль механических свойств материалов и изделий с помощью нескольких линеек электромагнитно-акустических преобразователей. Электрические катушки внутри каждого блока преобразователей образуют группы, позволяющие каждому блоку контролировать достаточно широкую зону объекта контроля.These multichannel devices allow continuous, automatic, high-performance control of the mechanical properties of materials and products with the help of several lines of electromagnetic-acoustic transducers. Electric coils inside each transducer block form groups that allow each block to control a fairly wide area of the test object.
Недостатком известных устройств является их сравнительно низкая чувствительность к механическим свойствам металла, особенно его поверхностных слоев. Этот недостаток обусловлен некоторыми особенностями применения полей упругих колебаний в качестве источника информации о механических характеристиках объекта контроля.A disadvantage of the known devices is their relatively low sensitivity to the mechanical properties of the metal, especially its surface layers. This disadvantage is due to some features of the application of elastic fields as a source of information about the mechanical characteristics of the test object.
Несмотря на очевидную связь между измеряемыми параметрами акустических сигналов (в первую очередь, скоростей распространения упругих волн различного типа и поляризаций) и механическими свойствами изделий из металла, практическое применение подобных устройств показало их существенно низкую чувствительность.Despite the obvious connection between the measured parameters of acoustic signals (first of all, the propagation speeds of elastic waves of various types and polarizations) and the mechanical properties of metal products, the practical use of such devices has shown their substantially low sensitivity.
Во-первых, это связано с практически непреодолимой сложностью определения скоростей упругих волн с требуемой точностью - сотые и даже тысячные доли процента. Такие точности не представляют принципиальной трудности в лаборатории, но в условиях массового производства практически недостижимы. Неизбежные флюктуации температуры, девиации геометрических размеров, наличие на поверхности слоя окалины, приводят к существенному снижению достоверности измерений.Firstly, this is due to the almost insuperable difficulty of determining the velocities of elastic waves with the required accuracy — hundredths and even thousandths of a percent. Such accuracy does not represent a fundamental difficulty in the laboratory, but in conditions of mass production is practically unattainable. Inevitable temperature fluctuations, deviations of geometric dimensions, the presence of scale on the surface, lead to a significant reduction in the reliability of measurements.
Затухание упругих волн, которое, теоретически, так же несет информацию о механических свойствах объекта контроля, измеряется, как правило, так же с большими и неизбежными погрешностями, обусловленными, в большинстве своем, теми же, указанными выше причинами.The attenuation of elastic waves, which, theoretically, also carries information about the mechanical properties of the test object, is measured, as a rule, also with large and inevitable errors due to, for the most part, the same reasons given above.
Кроме того, применение объемных (продольных и поперечных) упругих волн позволяет получать лишь интегральную, усредненную по пути распространения ультразвуковых импульсов информацию о механических свойствах объекта контроля. Аномалии твердости поверхностных слоев металла обнаруживаются весьма ненадежно. Применение Рэлеевских волн, распространяющихся в поверхностном слое OK, ограничено техническими сложностями определения их параметров в условиях массового производства, а также влиянием окалины и кривизны поверхности OK.In addition, the use of bulk (longitudinal and transverse) elastic waves allows you to receive only the integral, averaged along the propagation path of ultrasonic pulses, information about the mechanical properties of the test object. Anomalies of hardness of the surface layers of the metal are found very unreliable. The use of Rayleigh waves propagating in the surface layer OK is limited by the technical difficulties of determining their parameters under conditions of mass production, as well as by the effect of scale and curvature of the surface OK.
Широко известны устройства для вихретокового определения структуры и механических свойств изделий из металлов. Общеизвестно наличие корреляции между механическими и магнитными/электромагнитными свойствами металлов.Widely known devices for eddy current determination of the structure and mechanical properties of metal products. It is well known that there is a correlation between the mechanical and magnetic / electromagnetic properties of metals.
Являясь в определенной степени универсальными устройствами, они, как правило, не учитывают специфику прокатного производства, формирующего ярко выраженную анизотропию механических свойств металла.Being to a certain extent universal devices, they, as a rule, do not take into account the specifics of the rolling production, which forms a pronounced anisotropy of the mechanical properties of the metal.
Кроме того, указанные устройства практически непригодны для работы в составе многоканальных систем высокопроизводительного контроля в условиях промышленного производства.In addition, these devices are practically unsuitable for work as part of multi-channel high-performance control systems in industrial production.
Во-первых, при большом количестве датчиков (одновременно их может потребоваться несколько сотен), серьезной проблемой может оказаться их низкая эксплуатационная стойкость, связанная с истиранием и высокой температурой объекта контроля.First, with a large number of sensors (at the same time they may require several hundred), their low operational durability associated with abrasion and high temperature of the test object may be a serious problem.
Применение катящихся роликов, хотя и стабилизирует рабочий зазор в случае чистой и гладкой поверхности OK, и защищает датчики от истирания, но не обеспечивает требуемой эксплуатационной надежности. Мельчайшие частицы окалины, являясь чрезвычайно твердыми элементами, неизбежно проникают в подшипники и разрушают их, блокируя нормальную работу роликов.The use of rolling rollers, although it stabilizes the working gap in the case of a clean and smooth surface OK, and protects the sensors from abrasion, but does not provide the required operational reliability. The smallest particles of scale, being extremely hard elements, inevitably penetrate into the bearings and destroy them, blocking the normal operation of the rollers.
Грязь, мусор, отслаивающаяся окалина, часто встречающиеся на поверхности проката, будут неизбежно и неконтролируемо изменять зазор между датчиками и OK. Это является весьма нежелательным явлением, поскольку любая система компенсации влияния изменения зазора обладает погрешностью, которая может существенно снизить достоверность контроля.Dirt, debris, flaking scale, often found on the surface of the car, will inevitably and uncontrollably change the gap between the sensors and OK. This is a very undesirable phenomenon, since any system for compensating for the influence of a change in the gap has an error that can significantly reduce the reliability of the control.
Другим недостатком существующих систем вихретокового контроля является их взаимное влияние и быстродействие. Для сплошного контроля листового проката требуется близкое расположение рабочих катушек. Независимая регистрация изменения амплитуды и/или фазы сравнительно низкочастотного гармонического или квазигармонического сигнала в разных катушках требует времени, исключение их взаимного влияния может оказаться серьезной проблемой.Another drawback of existing eddy current control systems is their mutual influence and speed. For complete control of sheet metal requires a close arrangement of the working coils. Independent recording of changes in the amplitude and / or phase of a relatively low-frequency harmonic or quasi-harmonic signal in different coils takes time, the elimination of their mutual influence can be a serious problem.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности, быстродействия, производительности и точности определения однородности механических свойств изделий из металла в условиях их поточного производства.The aim of the present invention is to improve the reliability, speed, performance and accuracy of determining the homogeneity of the mechanical properties of metal products under the conditions of their mass production.
Цель достигается тем, что в устройстве для определения однородности механических свойств изделий из металла и обнаружения в них зон с аномальной твердостью,The goal is achieved by the fact that in the device for determining the homogeneity of the mechanical properties of metal products and the detection of zones with abnormal hardness in them,
каждый ЭД представляет собой сборку из, как минимум, двух рабочих катушек (PK), намотанных на U-образные сердечники, причем сердечники ориентированы параллельно друг другу таким образом, что генерируемое ими переменное магнитное поле замыкается через объект контроля (OK) вдоль либо, как вариант, поперек направления прокатки.Each ED is an assembly of at least two working coils (PK) wound on U-shaped cores, and the cores are oriented parallel to each other so that the alternating magnetic field generated by them is closed through the test object (OK) along or option, across the direction of rolling.
U-образный сердечник обеспечивает максимальную концентрацию переменного магнитного потока в изделии, причем позволяет задать этому потоку нужное направление. Наши исследования показывают, что при ориентации поля ЭД вдоль направления прокатки корреляция параметров сигнала ЭД с механическими свойствами максимально стабильна и воспроизводима.The U-shaped core provides the maximum concentration of alternating magnetic flux in the product, and allows you to set this flow in the right direction. Our studies show that when the ED field is oriented along the rolling direction, the correlation of the parameters of the ED signal with the mechanical properties is maximally stable and reproducible.
Есть и другая причина ориентировать переменное магнитное поле сердечников вдоль или поперек направлений прокатки. Это связано с анизотропией магнитных свойств проката. Так, например, начальная магнитная проницаемость μ, как правило, максимальна в направлении прокатки, и минимальна - в перпендикулярном направлении. Функция μ (β), где β - угол между направлением прокатки и направлением измерения начальной магнитной проницаемости, представляет собой «приподнятую» гармоническую функцию вида μ (β)=μ*+K Cos 2β, где μ* - среднее значение начальной магнитной проницаемости, K - коэффициент анизотропии. Экстремумы этой функции с производной равной нулю совпадают с направлением прокатки (β=0) и перпендикулярным ему направлением (β=90°), и характеризуют наиболее выгодные направления ориентации ЭД с точки зрения максимальной нечувствительности измерительного устройства к случайным отклонениям этого угла от заданного. Такие отклонения могут происходить, например, в результате «косой» транспортировки OK по рольгангу.There is another reason to orient the alternating magnetic field of the cores along or across the rolling directions. This is due to the anisotropy of the magnetic properties of rolled products. For example, the initial magnetic permeability μ, as a rule, is maximum in the direction of rolling, and minimum - in the perpendicular direction. The function μ (β), where β is the angle between the direction of rolling and the measurement direction of the initial magnetic permeability, is an “elevated” harmonic function of the form μ (β) = μ * + K Cos 2β, where μ * is the average value of the initial magnetic permeability, K is the anisotropy coefficient. Extremes of this function with a derivative equal to zero coincide with the rolling direction (β = 0) and the direction perpendicular to it (β = 90 °), and characterize the most favorable directions of ED orientation from the point of view of the maximum insensitivity of the measuring device to random deviations of this angle from the given one. Such deviations can occur, for example, as a result of “oblique” transportation of OK through the roller table.
Размещение нескольких (как минимум двух) рабочих катушек с U-образными сердечниками в одном блоке ЭД позволяет оптимизировать затраты на контроль (снижение количества рычагов, цилиндров, и прочих элементов подвески), и, кроме того, за счет увеличения площади подошвы ЭД оптимизировать работу воздушной подушки.Placing several (at least two) working coils with U-shaped cores in one ED block allows you to optimize control costs (reducing the number of levers, cylinders, and other suspension elements), and, in addition, by increasing the area of the ED soles pillows.
Максимально-возможное увеличение ширины ЭД и, соответственно, количества катушек в нем, ограничено значением максимально-возможной неидеальности формы поверхности OK. Для листового проката это коробоватость и неплоскостность.The maximum possible increase in the width of the ED and, accordingly, the number of coils in it, is limited to the value of the maximum possible non-ideal shape of the surface OK. For sheet products, it is karobovost and flatness.
При этом, частота F максимума в спектре генерируемого ЭД магнитного поля выбирается из соотношения:In this case, the frequency F of the maximum in the spectrum of the generated ED of the magnetic field is selected from the relation:
F≤0,8×Fc, где Fc - частота, при которой изменение индуктивности PK при приближении ЭД к OK меняет направление с положительного (индуктивность растет) на отрицательное (индуктивность падает).F≤0.8 × Fc, where Fc is the frequency at which the change in inductance PK as the value of ED approaches OK changes the direction from positive (inductance increases) to negative (inductance drops).
Именно в этом режиме катушка на U-образном сердечнике работает наиболее эффективно, а участок объекта контроля в зоне ЭД в наибольшей степени играет роль полноценного элемента магнитопровода с приемлемыми потерями на вихревые токи и перемагничивание. Начальная магнитная проницаемость ферромагнитного материала OK на этом участке, а так же его электропроводность во многих практических случаях хорошо коррелируют с твердостью.It is in this mode that the coil on the U-shaped core works most efficiently, and the area of the test object in the ED zone most plays the role of a full-fledged element of the magnetic circuit with acceptable losses for eddy currents and remagnetization. The initial magnetic permeability of ferromagnetic material OK in this area, as well as its electrical conductivity in many practical cases, correlate well with hardness.
При этом, система компенсации зазора дополнительно содержит систему подачи сжатого воздуха к ЭД, причем каждый ЭД дополнительно содержит как минимум одно отверстие, выполненное в подошве ЭД (со стороны объекта контроля), и служащее для создания воздушной подушки в пространстве между OK и ЭД, а площадь S подошвы ЭД удовлетворяет условию:At the same time, the gap compensation system additionally contains a system for supplying compressed air to the ED, each ED also containing at least one hole made in the sole of the ED (from the control object), and serving to create an air cushion in the space between OK and ED, and area S of the sole ED satisfies the condition:
S≥5000/Р, где S - площадь подошвы ЭД в мм2, Р - давление воздуха на входе в ЭД, в барах,S≥5000 / P, where S is the area of the base of the ED in mm 2 , P is the air pressure at the inlet to the ED, in bars,
Воздушная подушка (ВП) выполняет несколько важных функций. Во-первых, это стабилизация зазора. Во-вторых - истекающий из-под подошвы воздух активно очищает поверхность OK от частиц окалины, ржавчины, песка, что так же способствует стабилизации рабочего зазора, и, кроме того, снижению уровня помех, обусловленных влиянием активного с точки зрения электромагнитного контроля «мусора» на поверхности объекта контроля.The airbag (VP) performs several important functions. First, it is the stabilization of the gap. Secondly, the air flowing out from under the sole actively cleans the OK surface from particles of scale, rust, sand, which also contributes to the stabilization of the working gap, and, moreover, reducing the level of interference caused by the influence of debris active from the electromagnetic point of view. on the surface of the test object.
В-третьих, ВП защищает ЭД от перегрева в случае повышенной температуры OK. Речь идет не только о предотвращении разрушения преобразователя, но и о повышении температурной стабильности компонентов (ферритов, намоточного провода, конденсаторов), входящих в его состав.Thirdly, VP protects ED from overheating in case of elevated temperature OK. It is not only about preventing the destruction of the converter, but also about increasing the temperature stability of the components (ferrites, winding wires, capacitors) that make up its composition.
Важным для достижения цели является то, что подошва ЭД согласована по форме с OK, а каждый ЭД дополнительно содержит устройство для его прижатия объекту контроля с заданной силой, обеспечивающей стабилизацию зазора между OK и ЭД на уровне, обеспечивающем равновесие сил отталкивания, дополнительного прижатия и гравитации на некотором определенном технологией контроля значении.Important to achieve the goal is that the sole of the ED is consistent in shape with OK, and each ED also contains a device for pressing the control object with a given force to stabilize the gap between OK and the ED at a level that ensures the balance of repulsion forces, additional compression and gravity at some specific control technology value.
При приложении прижимающей силы к объекту на воздушной подушке зазор изменяется нелинейно, поскольку сила реакции (подъемная сила) не линейна; она очень быстро возрастает при попытке уменьшить зазор. Для примера: для того, чтобы полностью «посадить» ВП площадью 10 см × 10 см на гладкую поверхность, если давление на входе 5 атм, необходимо приложить силу F≈10×10×5=500 кг.When a pressing force is applied to an object on an air cushion, the gap changes nonlinearly, since the reaction force (lifting force) is not linear; it increases very quickly when you try to reduce the gap. For example: in order to completely “land” an EP with an area of 10 cm × 10 cm on a smooth surface, if the pressure at the inlet is 5 atm, a force F≈10 × 10 × 5 = 500 kg must be applied.
Практика показывает, что прижимающую силу можно отрегулировать таким образом, что в системе сил будет поддерживаться весьма стабильный зазор порядка 0,1-0,5 мм в зависимости от площади подошвы и давления воздуха на входе в ЭД. При этом, устройство прижатия не позволяет ЭД «подпрыгнуть» на неровностях OK при сканировании на больших скоростях. Результат - существенное снижение помех, связанных с изменением зазора.Practice shows that the pressing force can be adjusted in such a way that a very stable gap of about 0.1–0.5 mm will be maintained in the system of forces, depending on the area of the sole and the air pressure at the inlet to the ED. At the same time, the pressing device does not allow the ED to “bounce” on OK irregularities when scanning at high speeds. The result - a significant reduction in interference associated with changes in the gap.
Достижению цели способствует и то, что каждый ЭД включает в себя, как минимум, две дополнительные катушки, расположенные в зоне полюсов U-образных сердечников, и предназначенные для определения фактического зазора между ВП и объектом контроля.The achievement of the goal is also facilitated by the fact that each ED includes at least two additional coils located in the zone of the poles of the U-shaped cores and designed to determine the actual gap between the VI and the object of control.
Причина применения как минимум двух (а лучше, не менее четырех) дополнительных катушек является возможность отслеживания перекосов в позиции ЭД относительно OK.The reason for the use of at least two (and preferably at least four) additional coils is the ability to track the distortions in the ED position relative to OK.
Цель достигается и тем, что и рабочие, и дополнительные катушки генерируют электромагнитные импульсы, существенно отличающиеся друг от друга по спектру, причем спектр частот, генерируемых дополнительными катушками, находится в более высокочастотной области по отношению к спектру сигналов, вырабатываемых основными катушками, и выбирается таким образом, чтобы влияние механических свойств OK на сигналы дополнительных катушек было незначительным.The goal is achieved by the fact that both workers and additional coils generate electromagnetic pulses that differ significantly from each other in the spectrum, and the frequency spectrum generated by the additional coils is in a higher frequency range relative to the spectrum of signals produced by the main coils, and is chosen as such Thus, the effect of OK mechanical properties on the signals of additional coils is insignificant.
Индуктивность катушки и вносимое сопротивление существенным образом зависят от расстояния до ферромагнитного OK. При этом, выбором геометрии дополнительных катушек и частоты их возбуждения можно существенным образом подавить мешающее влияние электромагнитных/механических свойств OK, и осуществлять измерение текущего значения зазора с достаточной точностью.The inductance of the coil and the insertion resistance significantly depend on the distance to the ferromagnetic OK. In this case, the choice of the geometry of the additional coils and the frequency of their excitation can significantly suppress the interfering influence of the electromagnetic / mechanical properties OK, and measure the current value of the gap with sufficient accuracy.
Цель достигается и тем, что параллельно всем рабочим катушкам, размещенным в ЭД, подключены конденсаторы, емкость Ср которых определяется по формуле: Ср=1/2πFLp, где Lp индуктивность соответствующей рабочей катушки вблизи OK, F - центральная частота в спектре затухающих во времени свободных колебаний соответствующего L-C контура, удовлетворяющая условию:The goal is achieved by the fact that parallel to all working coils placed in the ED, capacitors are connected, whose capacitance is determined by the formula: Ср = 1 / 2πFLp, where Lp is the inductance of the corresponding working coil near OK, F is the central frequency in the spectrum of free oscillations of the corresponding LC circuit, satisfying the condition:
1/2πFCp=2πfLp1 / 2πFCp = 2πfLp
Импульсная работа устройства обеспечивает, с одной стороны, полное отсутствие взаимного влияния катушек внутри одного ЭД (путем разнесения их работы во времени), а во-вторых, позволяет существенно повысить быстродействие системы за счет сокращения времени измерения значения интересующих величин (например, индуктивности и/или вносимого объектом контроля потерь энергии колебательного контура).Pulse operation of the device provides, on the one hand, the complete absence of mutual influence of coils inside one ED (by separating their work in time), and secondly, it can significantly increase the system speed by reducing the measurement time of the values of interest (for example, inductance and / or introduced by the control object of the energy loss of the oscillating circuit).
Важным в достижении цели является и то, что параллельно всем дополнительным катушкам, размещенным в ЭД, подключены конденсаторы, емкость Сд которых определяется по формуле: Сд=1/2πFLд, где Lд - индуктивность соответствующей дополнительной катушки вблизи OK, F - центральная частота в спектре затухающих во времени свободных колебаний соответствующего L-C контура, удовлетворяющая условию:Important in achieving the goal is that parallel to all additional coils placed in the ED, capacitors are connected, the capacitance Cd of which is determined by the formula: Cd = 1 / 2πFLd, where Ld is the inductance of the corresponding additional coil near OK, F is the central frequency in the spectrum damped in time free oscillations of the corresponding LC circuit, satisfying the condition:
1/2πFCp=2πfLp1 / 2πFCp = 2πfLp
Достоинства импульсной работы дополнительных катушек такие же, как и в случае рабочих катушек.The advantages of pulsed operation of additional coils are the same as in the case of working coils.
Однородность принципов измерения параметров сигналов рабочих и дополнительных катушек благоприятно сказывается на стоимости электронного оборудования и его эксплуатационной надежности.The homogeneity of the principles of measuring the parameters of signals of working and additional coils favorably affects the cost of electronic equipment and its operational reliability.
Цели способствует так же использование в качестве устройства для дополнительного прижатия ЭД к объекту контроля используется пневмоцилиндр, входящий в состав подвески ЭД, имеющий функцию изменения амплитуды и/или направления создаваемой им силы в зависимости от фазы его применения.The purpose also contributes to the use of a pneumatic cylinder, which is part of the ED suspension, having the function of changing the amplitude and / or direction of the force created by it, depending on the phase of its application, as an additional device for pressing the ED to the object of control.
Как уже было указано выше, прижим ЭД к объекту контроля позволяет использовать нелинейный характер сил отталкивания, «сжать» воздушную подушку, избежать «подпрыгиваний», снизить расход воздуха, и стабилизировать рабочий зазор.As mentioned above, the pressing of the ED to the object of control allows you to use the non-linear nature of the repulsive forces, “compress” the air cushion, avoid “bouncing”, reduce air consumption, and stabilize the working gap.
Цель достигается так же путем применения в качестве устройства для дополнительного прижатия ЭД к объекту контроля используется как минимум одного магнита, входящего в состав ЭД, и располагаемого в районе его подошвы.The goal is also achieved by using at least one magnet, which is part of the ED, and located in the area of its base, as a device for additional pressing of the ED to the object of control.
Магнит, как и воздушная подушка является элементом, обеспечивающим нелинейное изменение силы взаимодействия с ферромагнитным объектом при сокращении расстояния до него, но направленное противоположно. Теоретически это означает еще более высокую стабилизацию рабочего зазора между OK и ЭД, чем в случае с линейным элементом, коим является пневматическая пружина (пневмоцилиндр).A magnet, like an air cushion, is an element that provides a non-linear change in the force of interaction with a ferromagnetic object while reducing the distance to it, but directed oppositely. Theoretically, this means an even higher stabilization of the working gap between OK and ED than in the case of a linear element, which is a pneumatic spring (pneumatic cylinder).
Магнит, размещенный впереди рабочих катушек может играть еще одну полезную роль. Дело в том, что при больших скоростях движения объектов контроля, эффективность демагнетизатора может оказаться не достаточной. В этом случае остаточная, хаотично и непредсказуемо распределенная намагниченность OK может существенно снизить достоверность контроля. Магнит, расположенный в ЭД, способен выровнять, упорядочить намагниченность OK, сделать ее более равномерной, и тем самым существенно повысить качество контроля.A magnet placed in front of the working coils can play another useful role. The fact is that at high speeds of movement of objects of control, the effectiveness of a demagnetizer may not be sufficient. In this case, the residual, randomly and unpredictably distributed magnetization OK can significantly reduce the reliability of the control. The magnet, located in the ED, is able to align, streamline the magnetization OK, make it more uniform, and thereby significantly improve the quality of control.
Пример устройства приведен на Фиг. 1.An example of a device is shown in FIG. one.
Объект контроля 1 находится в зоне ЭД 14 с подошвой 13. Остальные ЭД которые могут располагаться над -и- под рольгангом, не показаны, чтобы не загромождать рисунок. Протектор 9 защищает размещенные на нем линейку из двух U-образных сердечников с рабочими катушками 5, находящиеся одна за другой, и две линейки вспомогательных катушек 3 и 4. Каждая линейка вспомогательных катушек содержит по две такие катушки, находящиеся одна за другой. Размещение рабочих катушек 5 и вспомогательных катушек 3 и 4 на протекторе 9 дополнительно поясняется схемами на Фиг. 2. и Фиг. 3.The
Подвеска ЭД 14 включает раму 2, пневмоцилиндр 11 двунаправленного действия, и рычаг 6.
Штуцер 12 служит для подвода струи воздуха 10 в корпус 14 ЭД. Схематично показаны струи воздуха 7, исходящего через образующие воздушную подушку отверстия 8, выполненные в подошве 13.The fitting 12 is used to supply a stream of
Рольганг 15 служит для транспортировки OK 1. Демагнетизатор 16 служит для демагнетизации OK 1. 17 - направление действия силы со стороны цилиндра, стабилизирующей рабочий зазор; 18 - направление движения OK1.The
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
OK 1 движется по рольгангу 15 и проходит через демагнетизатор 16. При появлении OK 1 в зоне ЭД 14, воздух 10 через штуцер 12 подается в ЭД 14 и начинает выходить через отверстия 8 в подошве 13. Пневмоцилиндр 11 опускает ЭД 14 на OK 1 и прижимает его к нему, создавая силу прижатия F1, которая существенно превышает силу F2, связанную с гравитацией. F2=М×g, где М - масса ЭД 14, g - ускорение свободного падения. Таким образом, выполняется условие F1>>F2.OK 1 moves along roller table 15 and passes through
Истекающий из подошвы 13 воздух 7 создает в пространстве между подошвой 13 и OK 1 давление, которое приводит к появлению силы F3, направленной противоположно силам F1 и F2 и противодействующую им. Сила F3 тем больше, чем меньше величина зазора между подошвой 13 и OK 1. Все три силы уравновешиваются при некотором, сравнительно небольшом значении этого зазора. Ввиду нелинейности силы F3, незначительные колебания значения силы F2, а так же появление других сил, связанных с вертикальными смещениями OK, не приводят к сколько-нибудь существенным изменениям величины зазора. Система становится устойчивой к случайным изменениям, обусловленным как вертикальными, так и горизонтальными перемещениям OK 1.The
Струи воздуха 7 исходящие от ЭД 14, активно «сдувают» частицы окалины с OK 1, препятствуют их попаданию в рабочий зазор между OK 1 и ЭД 14, что так же благоприятно влияет на стабильность последнего.Jets of
После завершения контроля направление силы F2 меняется на противоположное, и пневмоцилиндр 11 отводит ЭД 14 от OK 1 на безопасное расстояние.After completion of the control, the direction of the force F2 is reversed, and the
Несмотря на высокую стабильность рабочего зазора между OK 1 и ЭД 14, незначительные его колебания все же возможны, например, по причине неидеальности формы OK.Despite the high stability of the working gap between
Поэтому, текущее значение зазора непрерывно измеряется с помощью линеек катушек 3 и 4, электромагнитная связь которых с OK 1 является функцией этого зазора. На основании этих измерений вносятся соответствующие коррекции в результаты контроля. Принцип получения информации о величине зазора катушек 3 и 4 показан на Фиг. 4. Измерения осуществляются следующим образом.Therefore, the current gap value is continuously measured by the lines of
Индуктивность Lm катушки 3, расположенной вблизи OK 1, существенным образом зависит от расстояния r между катушками, и может быть выражена некоторой аппроксимирующей функцией:The inductance Lm of the
Генератор 19 вырабатывает прямоугольный импульс напряжения U. Через некоторый переходный промежуток времени, ток I через резистор 20, имеющем сопротивление R, и катушку 3 достигнет своего установившегося значения I=U/R (внутренним сопротивлением катушки и вносимым OK сопротивлением можно пренебречь ввиду их сравнительной малости). Под воздействием этого тока, катушка запасает энергию W=I2×Lm(r). При окончании прямоугольного импульса, задаваемого генератором 1, в контуре, образованном катушкой 3 и конденсатором 21 возникнут затухающие колебания, обусловленные обменом энергией между ними. При этом, центральная частота f в спектре затухающих во времени свободных колебаний соответствующего L-C контура, будет удовлетворять условию:The
1/2πfCm=2πfLm.1 / 2πfCm = 2πfLm.
Период свободных колебаний Т=1/f является основной измеряемой характеристикой, характеризующей зазор, и, в существенно меньшей степени, физические свойства OK. Амплитуда свободных колебаний и декремент их затухания являются дополнительными параметрами, характеризующими как зазор, так и некоторые физические свойства OK.The period of free oscillations T = 1 / f is the main measured characteristic that characterizes the gap, and, to a much lesser extent, the physical properties of OK. The amplitude of free oscillations and the decrement of their attenuation are additional parameters that characterize both the gap and some physical properties of OK.
Номинальная частота f выбирается таким образом, чтобы величина зазора играла доминирующую роль при измерениях.The nominal frequency f is chosen in such a way that the size of the gap plays a dominant role in the measurements.
Несколько вспомогательных катушек позволяют определить среднее значение зазора между подошвой 13 и OK 1 и в определенной степени учесть неидеальность формы OK и непараллельность OK 1 и подошвы 13.Several auxiliary coils allow us to determine the average gap between the sole 13 and OK 1 and, to a certain extent, take into account the imperfection of the OK form and the non-parallelity of OK 1 and the sole 13.
Для учета этого среднего зазора и внесения коррекции в определяемые характеристики OK, как будет показано ниже, удобно определить Lm(r) - среднюю индуктивность системы «вспомогательные катушки - OK».To take into account this average gap and make a correction to the determined characteristics of OK, as will be shown below, it is convenient to determine Lm (r) - the average inductance of the system "auxiliary coils - OK".
Иная задача решается с помощью рабочих катушек. Принцип определения твердости и/или других механических характеристик объекта контроля показан на Фиг. 5.Another problem is solved with the help of working coils. The principle of determining the hardness and / or other mechanical characteristics of the test object is shown in FIG. five.
Этот принцип аналогичен описанному выше для дополнительных катушек, используемых для определения величины рабочего зазора.This principle is similar to that described above for additional coils used to determine the size of the working gap.
В данном случае объект контроля OK1 в максимальной степени является частью магнитопровода катушки 3. Фактически, ее U-образный сердечник 22 через сравнительно небольшой рабочий зазор и объект контроля OK1 образуют квазизамкнутый магнитопровод.In this case, the control object OK1 to the maximum extent is part of the magnetic core of the
При определенных условиях, а именно, при достаточно низкой частоте тока, протекающего через катушку 3 (на практике, до нескольких десятков килогерц), индуктивность Lp катушки 3, расположенной вблизи OK 1, существенным образом зависит не только от расстояния r между ними, но и является корреляционной функцией магнитной проницаемости μ:Under certain conditions, namely, at a sufficiently low frequency of the current flowing through the coil 3 (in practice, up to several tens of kilohertz), the inductance Lp of the
Lp=Lp(r,μ)Lp = Lp (r, μ)
При небольших изменениях зазора, результирующая индуктивность Lp может быть представлена в виде произведения двух аппроксимирующих функций:With small changes in the gap, the resultant inductance Lp can be represented as a product of two approximating functions:
В свою очередь, функция Lp(r), с учетом выражения (1) может быть представлена в видеIn turn, the function Lp (r), taking into account the expression (1), can be represented as
где K - некий коэффициент, не зависящий от r, и который определяется при калибровке, a Lm(r) - усредненная индуктивность системы «вспомогательные катушки -OK».where K is a factor that does not depend on r and which is determined during calibration, and Lm (r) is the averaged inductance of the auxiliary -KK coil system.
При известном расстояния r до OK, твердость Н в общем виде может быть выражена в виде аппроксимирующей функции или корреляционного уравнения в виде:At a known distance r to OK, the hardness H in general form can be expressed as an approximating function or a correlation equation in the form:
С учетом выражений (2) и (3) результирующая формула для определения твердости Н (или иного параметра, коррелирующего с индуктивностью рабочей катушки, находящейся вблизи от OK), может быть представлена в виде:Taking into account expressions (2) and (3), the resultant formula for determining the hardness H (or another parameter correlating with the inductance of the working coil in the vicinity of OK) can be represented as:
Выражение (5) определяет искомую твердость материала OK с учетом реального зазора.Expression (5) determines the desired hardness of the material OK, taking into account the actual gap.
Текущее значение индуктивности Lp(μ) определяется по методике, описанной выше для дополнительной катушки с учетом нижеследующего.The current value of inductance Lp (μ) is determined by the method described above for the additional coil, taking into account the following.
Генератор 19 (см. Фиг. 5) вырабатывает прямоугольный импульс напряжением U. Через некоторый переходный промежуток времени, ток I через резистор 20, имеющем сопротивление R и катушку 3 достигнет своего установившегося значения I=U/R. Под воздействием этого тока, катушка запасает энергию W=I2×Lp(r). При окончании прямоугольного импульса, задаваемого генератором 19, в контуре, образованном катушкой 3 и конденсатором 21 возникнут затухающие колебания, обусловленные обменом энергией между ними. При этом, центральная частота F в спектре затухающих во времени свободных колебаний соответствующего L-C контура, будет удовлетворять условию:The generator 19 (see Fig. 5) generates a rectangular pulse with voltage U. After some transition period, the current I through the
1/2πFCp=2πFLp.1 / 2πFCp = 2πFLp.
Измеряя период Т=1/F можно определить величину Lp=L(r,μ), а через нее, используя выражения (5) - искомое значение твердости Н, или иной параметр механических свойств материала изделия, коррелирующий с измеряемой индуктивностью.Measuring the period T = 1 / F, one can determine the value Lp = L (r, μ), and through it, using expressions (5), the desired hardness value H, or another parameter of the mechanical properties of the product material, correlating with the measured inductance.
Необходимо отметить, что информацию о физических свойствах материала OK можно получить так же путем измерения параметров затухания импульса свободных колебаний. Например, измеряя соотношение амплитуд первого и последующих колебаний контура, а так же сами значения амплитуд, можно определить активные потери, связанные вихревыми токами в OK, а так же его электропроводность. В ряде случаев, электропроводность так же может в значительной мере коррелировать с некоторыми механическими свойствами материала, и быть использована при определении твердости Н в виде дополнительного параметра.It should be noted that the information on the physical properties of the material OK can also be obtained by measuring the attenuation parameters of the free vibration pulse. For example, measuring the ratio of the amplitudes of the first and subsequent oscillations of the circuit, as well as the amplitudes themselves, can determine the active losses due to eddy currents in OK, as well as its electrical conductivity. In some cases, electrical conductivity can also largely correlate with some mechanical properties of a material, and can be used in determining the hardness H as an additional parameter.
Источники информации:Information sources:
1. Патент РФ 22582171. RF patent 2258217
2. Патент РФ 22310552. RF patent 2231055
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135740A RU2690074C2 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135740A RU2690074C2 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017135740A RU2017135740A (en) | 2019-04-05 |
| RU2017135740A3 RU2017135740A3 (en) | 2019-04-05 |
| RU2690074C2 true RU2690074C2 (en) | 2019-05-30 |
Family
ID=66089520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017135740A RU2690074C2 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690074C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767939C1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-03-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products |
| RU2818648C1 (en) * | 2023-11-21 | 2024-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Device for determining homogeneity of mechanical properties of articles made from ferromagnetic materials and detecting zones with abnormal hardness therein |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2023174B1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-12-01 | Beugen J Van Beheer Bv | Apparatus and method for pipeline inspection |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2231055C1 (en) * | 2003-03-18 | 2004-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Device for ultrasonic monitoring of strength characteristics of material of moving rolled sheets |
| RU2334981C1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-27 | Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" | Electromagnet-acoustic transducer |
| RU134659U1 (en) * | 2013-04-01 | 2013-11-20 | Закрытое акционерное общество "Ультракрафт" | INSTALLATION OF NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF SHEET RENT |
| RU2561250C2 (en) * | 2013-12-10 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Method of detection of defects on surfaces of ferromagnetic materials and products and device for its implementation |
-
2017
- 2017-10-05 RU RU2017135740A patent/RU2690074C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2231055C1 (en) * | 2003-03-18 | 2004-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Device for ultrasonic monitoring of strength characteristics of material of moving rolled sheets |
| RU2334981C1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-27 | Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" | Electromagnet-acoustic transducer |
| RU134659U1 (en) * | 2013-04-01 | 2013-11-20 | Закрытое акционерное общество "Ультракрафт" | INSTALLATION OF NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF SHEET RENT |
| RU2561250C2 (en) * | 2013-12-10 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Method of detection of defects on surfaces of ferromagnetic materials and products and device for its implementation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767939C1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-03-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products |
| RU2818648C1 (en) * | 2023-11-21 | 2024-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Device for determining homogeneity of mechanical properties of articles made from ferromagnetic materials and detecting zones with abnormal hardness therein |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017135740A (en) | 2019-04-05 |
| RU2017135740A3 (en) | 2019-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN200962056Y (en) | Vibration sensor based on the magnetic levitation principle | |
| US3850031A (en) | Process and apparatus for determining the variation of tensile stresses in cold-rolled strip over the width thereof | |
| RU2690074C2 (en) | Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness | |
| CN102023309B (en) | Maglev electromagnetic induction cymoscope | |
| US5166613A (en) | Method and apparatus for mapping stress within ferrromagnetic materials by analyzing Barkhausen noise formed by the introduction of magnetic fields | |
| CA2330777C (en) | Method of and apparatus for contactless planarity measurements on ferromagnetic metal strip | |
| CN106540872A (en) | A kind of coil autoexcitation electromagnetic acoustic Lamb wave transducer | |
| US6586930B1 (en) | Material thickness measurement using magnetic information | |
| JPS5839283B2 (en) | Thickness gauge for measuring sheet-like objects | |
| JPS63250548A (en) | Method and instrument for measuring loss coefficient, dynamic modulus of elasticity, dynamic modulus of elasticity in shear and dynamic poisson's ratio of bar material of sheet material | |
| JPS60237358A (en) | Ultrasonic inspection method and device for conductive material to be inspected | |
| US2656714A (en) | Method and apparatus for nondestructive investigation of magnetostrictive solids | |
| RU2767939C1 (en) | Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products | |
| US3706026A (en) | Apparatus for determining resonant frequencies of a specimen of magnetostrictive material | |
| JP2018132426A (en) | Reinforcement diameter of ferroconcrete, measuring device of covering, and reinforcement arrangement direction measuring method | |
| JP5031314B2 (en) | Electromagnetic ultrasonic sensor and electromagnetic ultrasonic detection system | |
| JP2522732Y2 (en) | Iron loss value measuring device | |
| Morales et al. | Automatic measurement of field-dependent elastic modulus and damping by laser Doppler vibrometry | |
| JP4005765B2 (en) | Magnetic measurement method | |
| RU2231055C1 (en) | Device for ultrasonic monitoring of strength characteristics of material of moving rolled sheets | |
| Murayama et al. | Development of an electromagnetic acoustic transducer that can alternately drive the lamb wave and shear horizontal plate wave | |
| JPH08211085A (en) | Flow velocity measuring device | |
| Ishihara et al. | Grain size measurement using Barkhausen noise method | |
| RU2818648C1 (en) | Device for determining homogeneity of mechanical properties of articles made from ferromagnetic materials and detecting zones with abnormal hardness therein | |
| JPH04102462U (en) | Iron loss value measuring device |