RU2727339C1 - Method for outputting audio information about the technological process of electron-beam action - Google Patents

Method for outputting audio information about the technological process of electron-beam action Download PDF

Info

Publication number
RU2727339C1
RU2727339C1 RU2019129347A RU2019129347A RU2727339C1 RU 2727339 C1 RU2727339 C1 RU 2727339C1 RU 2019129347 A RU2019129347 A RU 2019129347A RU 2019129347 A RU2019129347 A RU 2019129347A RU 2727339 C1 RU2727339 C1 RU 2727339C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
signal
frequency
time
accelerometer
Prior art date
Application number
RU2019129347A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Вольдемарович Федоров
Михаил Павлович Козочкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН")
Priority to RU2019129347A priority Critical patent/RU2727339C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2727339C1 publication Critical patent/RU2727339C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/10Amplitude; Power
    • G01H3/14Measuring mean amplitude; Measuring mean power; Measuring time integral of power

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: metrology.SUBSTANCE: invention relates to metrology, in particular to methods of metrological assessment of processes occurring during thermal treatment of metals. Method of outputting audio information about a process involves attaching a flexible waveguide to the object to be processed, attaching an accelerometer on the waveguide and processing information using a computer. Accelerometer signal is recorded in form of time dependences of current values of signals in two frequency ranges from the beginning of exposure to the moment of amplitude drop of signals to the level of background noise. Envelopes of obtained relationships are selected, which are stretched in time by 50 or more times. As frequency ranges, in which time dependencies of current values of signals from the accelerometer are recorded, selecting those ranges in which, according to experimental data, the signal effective amplitude undergoes the greatest changes from pulse to pulse, new envelopes are used as modulating functions for corresponding selected carrier signals, modulated signals are differentiated amplified and separately supplied to a two-channel sound-reproducing device for action on the right and left ear of the operator accordingly.EFFECT: shorter time and higher accuracy of setting operating modes of process equipment.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к термической обработке металлов и сплавов в вакуумной камере электронными пучками в виде коротких импульсов, и может быть использовано для контроля результирующих показателей процесса термической обработки поверхностей, в частности, поверхностного легирования.The invention relates to mechanical engineering, mainly to heat treatment of metals and alloys in a vacuum chamber by electron beams in the form of short pulses, and can be used to control the resulting indicators of the process of heat treatment of surfaces, in particular, surface alloying.

Из уровня техники известны способы вывода звуковой (вибрационной) информации о фазовых превращениях, сопровождающих термическое воздействие, заключающиеся в том, что границы фазовых переходов определяют с помощью датчика акустической эмиссии, присоединяемого к обрабатываемому образцу (1. Патент РФ №2433190, МПК C21D 1/55; G01N 29/00; C21D 1/04. Опубл. Бюл. №31, от 10.11.2011; 2. Вьюненко Ю.Н., Черняева Е.В. Особенности акустической эмиссии при мартенситных превращениях в сплаве TiNi. // Вестник Тамбовского университета. Серия: естественные и технические науки. Т. 21, №31. 2016. С. 917-921).From the prior art, methods for outputting sound (vibration) information about phase transformations accompanying a thermal effect are known, consisting in the fact that the boundaries of phase transitions are determined using an acoustic emission sensor attached to the sample being processed (1. RF Patent No. 2433190, IPC C21D 1 / 55; G01N 29/00; C21D 1/04. Publ. Bulletin No. 31, dated 10.11.2011; 2. Vyunenko Yu.N., Chernyaeva EV Features of acoustic emission during martensitic transformations in TiNi alloy. // Bulletin Tambov University. Series: natural and technical sciences. T. 21, No. 31. 2016. P. 917-921).

Основным недостатком приведенных аналогов является то, что они рассчитаны на обработку сигналов на компьютере и вывод результатов на монитор для визуального наблюдения со стороны оператора. Однако такой способ предполагает высокий уровень квалификации оператора и проработанность алгоритмов принятия решения относительно контролируемого процесса, происходящего в вакуумной камере. Для создания алгоритмов принятия решения по многочисленным процессам, протекающим в вакуумной камере при широком наборе материалов и режимов, необходим предварительный цикл исследований для каждого варианта сочетаний обрабатываемого материала и режимов обработки. Большие временные затраты и высокие требования к квалификации персонала приводят к тому, что подобные способы применяются только для научных исследований. В результате производственный контроль качества процессов обработки в вакуумных камерах в основном ведется по результатам анализа качества получаемых изделий. Этот недостаток сказывается на качестве получаемой продукции и времени подбора рациональных режимов обработки. Но даже при выбранных режимах существует случайный разброс в параметрах подаваемых электронных импульсов, запускающих требуемую реакцию в образцах в разных объемах. Без методов оперативного контроля это нельзя оценить и принять адекватное решение по дальнейшим действиям (повторить обработку, изменить технологические режимы).The main disadvantage of these analogs is that they are designed for processing signals on a computer and displaying the results on a monitor for visual observation by the operator. However, this method presupposes a high level of operator qualifications and sophisticated decision-making algorithms regarding the controlled process taking place in the vacuum chamber. To create decision-making algorithms for numerous processes taking place in a vacuum chamber with a wide range of materials and modes, a preliminary research cycle is required for each variant of combinations of the processed material and processing modes. Large time costs and high requirements for the qualifications of personnel lead to the fact that such methods are used only for scientific research. As a result, production quality control of processing processes in vacuum chambers is mainly carried out based on the results of the analysis of the quality of the products obtained. This disadvantage affects the quality of the products obtained and the time required to select rational processing modes. But even with the selected modes, there is a random scatter in the parameters of the supplied electronic pulses that trigger the required reaction in samples in different volumes. Without methods of operational control, it is impossible to assess and make an adequate decision on further actions (repeat processing, change technological modes).

Наиболее близким к предлагаемому способу по количеству общих существенных признаков и достигаемому техническому результату - прототипом - является способ мониторинга фазовых превращений в металле при изменении его температуры, заключающийся в том, что к обрабатываемой заготовке присоединяют волновод, выходящий за пределы зоны обработки, на котором закрепляют датчик колебаний, информация с которого обрабатывается с помощью компьютера (Воронцов В.Б., Журавлев Д.В. Связь структуры сигналов акустической эмиссии при кристаллизации А1 с механизмом формирования твердой фазы из расплава. // Вестник Новгородского государственного университета, №67. 2012. С. 8-13).The closest to the proposed method in terms of the number of common essential features and the achieved technical result - the prototype - is a method for monitoring phase transformations in the metal when its temperature changes, which consists in the fact that a waveguide is connected to the workpiece that goes beyond the processing zone, on which the sensor is fixed oscillations, the information from which is processed using a computer (Vorontsov V.B., Zhuravlev D.V. Relationship between the structure of acoustic emission signals during crystallization of A1 and the mechanism of the formation of a solid phase from a melt. // Bulletin of Novgorod State University, No. 67. 2012. P . 8-13).

Основным недостатком и технической проблемой известного технического решения является то, что оно не предназначено для оперативного информирования персонала, обслуживающего вакуумную камеру в производственных условиях. Это известное решение предназначено для проведения исследовательских работ высококвалифицированным персоналом, который хорошо разбирается в методике математической обработки сигналов вибраций и может читать графическую информацию на экране монитора. По мере накопления такой информации и сопоставления ее с результатами анализа качественных показателей обработанных поверхностей (например, равномерность покрытия легирующей пленкой, глубина ее проникновения в поверхностный слой, количество микротрещин и т.п.) может вырабатываться рекомендация по рациональным режимам обработки (мощность электронного импульса, количество импульсов, газовая среда и т.п.). Оператор, обслуживающий производственную установку с электронной пушкой, не знаком с методами вибродиагностики, но он имеет обычные навыки восприятия звуковой информации. Человеческое ухо способно воспринимать частотные и амплитудные изменения в звуковом сигнале, его модуляцию. Сопоставляя эти изменения с результатами определения качественных показателей поверхностного слоя обработанных деталей, оператор может самостоятельно нарабатывать связи параметров органолептического восприятия (громкость и особенности модуляции в разных частотных диапазонах, соотношение амплитуд сигналов в разных диапазонах) с результатами обработки. В итоге он сможет самостоятельно давать оценку протекающим процессам в вакуумной камере и принимать решения по изменению режимов обработки. Это так же, как опытный водитель оценивает состояние мотора по изменениям в сопровождающем шуме.The main disadvantage and technical problem of the known technical solution is that it is not intended to promptly inform the personnel servicing the vacuum chamber in production conditions. This well-known solution is intended for research work by highly qualified personnel who are well versed in the method of mathematical processing of vibration signals and can read graphic information on the monitor screen. As such information accumulates and compares it with the results of the analysis of the quality indicators of the treated surfaces (for example, the uniformity of the coating with the alloying film, the depth of its penetration into the surface layer, the number of microcracks, etc.), a recommendation for rational processing modes (the power of the electronic pulse, number of pulses, gas environment, etc.). The operator of a production plant with an electron gun is not familiar with vibration diagnostics methods, but he has the usual skills of perceiving sound information. The human ear is able to perceive frequency and amplitude changes in a sound signal, its modulation. Comparing these changes with the results of determining the quality indicators of the surface layer of the processed parts, the operator can independently develop connections between the parameters of organoleptic perception (loudness and modulation features in different frequency ranges, the ratio of signal amplitudes in different ranges) with the processing results. As a result, he will be able to independently assess the ongoing processes in the vacuum chamber and make decisions on changing the processing modes. This is the same as how an experienced driver judges the condition of the motor from changes in the accompanying noise.

Задачей изобретения является оснащение оператора звуковой информацией о технологическом процессе электронно-пучкового воздействия на деталь для текущего контроля и оперативного реагирования на изменения качества протекания процессов в вакуумной камере при реализации технологического процесса поверхностного легирования с целью оперативного реагирования на отклонения в качестве реализуемого процесса и сокращения сроков разработки рациональных технологических режимов.The objective of the invention is to equip the operator with sound information about the technological process of electron-beam impact on the part for monitoring and prompt response to changes in the quality of the processes in the vacuum chamber during the implementation of the technological process of surface alloying in order to promptly respond to deviations in the quality of the process being implemented and to reduce the development time rational technological modes.

Техническим результатом является сокращение времени освоения технологии обработки новых материалов и повышение точности настройки режимов работы технологического оборудования, определяющих параметры электронных импульсов и эффективность их воздействия на поверхность детали, и повышение качества продукции электронно-пучковой обработки за счет своевременной коррекции технологического процесса.The technical result is a reduction in the time for mastering the technology of processing new materials and an increase in the accuracy of tuning the operating modes of technological equipment that determine the parameters of electronic pulses and the effectiveness of their impact on the surface of the part, and an increase in the quality of products of electron-beam processing due to timely correction of the technological process.

Поставленная задача решается, а заявленный результат достигается тем, что в способе вывода звуковой информации о технологическом процессе электронно-пучкового воздействия на поверхность заготовки, заключающемся в присоединении к обрабатываемому объекту гибкого волновода, выходящего за пределы вакуумной камеры через вакуумный ввод, закреплении на волноводе акселерометра и обработке информации с последнего с помощью компьютера, полученный с акселерометра сигнал регистрируют в виде временных зависимостей текущих значений сигналов в двух частотных диапазонах от начала воздействия до момента падения амплитуды сигналов до уровня фоновых шумов, выделяют огибающие полученных зависимостей, которые растягивают во времени в 50 и более раз, формируя новые огибающие, для более низкочастотного диапазона выбирают частоту несущего сигнала в пределах от 50 до 1000 Гц, для другого диапазона частоту несущего сигнала берут в два и более раз выше, в качестве частотных диапазонов, в которых регистрируют временные зависимости текущих значений сигналов с акселерометра, выбирают те диапазоны, в которых по экспериментальным данным эффективная амплитуда сигнала подвергается наибольшим изменениям от импульса к импульсу при вариации условий обработки и по случайным причинам, новые огибающие используют в качестве модулирующих функций для соответствующих выбранных несущих сигналов, модулированные сигналы дифференцированно усиливают и раздельно подают на двухканальное звуковоспроизводящее устройство для воздействия на правое и левое ухо оператора соответственно.The problem is solved, and the claimed result is achieved by the fact that in the method of outputting sound information about the technological process of electron-beam impact on the surface of the workpiece, which consists in attaching a flexible waveguide to the object being processed, extending beyond the vacuum chamber through a vacuum input, fixing it on the accelerometer waveguide, and processing information from the latter with the help of a computer, the signal received from the accelerometer is recorded in the form of time dependences of the current signal values in two frequency ranges from the beginning of exposure to the moment the signal amplitude drops to the background noise level, envelopes of the obtained dependences are distinguished, which are stretched in time by 50 or more times, forming new envelopes, for a lower frequency range select the frequency of the carrier signal in the range from 50 to 1000 Hz, for another range the frequency of the carrier signal is taken two or more times higher, as the frequency ranges in which the time is recorded variable dependences of the current values \ u200b \ u200bof signals from the accelerometer, select those ranges in which, according to experimental data, the effective signal amplitude undergoes the greatest changes from pulse to pulse with varying processing conditions and for random reasons, new envelopes are used as modulating functions for the corresponding selected carrier signals, modulated the signals are differentially amplified and separately fed to a two-channel sound reproducing device to influence the operator's right and left ear, respectively.

Изобретение поясняется изображениями, где представлены:The invention is illustrated by images, which show:

на фиг. 1 - схема установки аппаратуры, реализующей предлагаемый способ, для записи и анализа сигналов вибраций с акселерометра, возникающих после подачи электронного импульса, и преобразования их в звуковой сигнал, воздействующий на органы слуха оператора;in fig. 1 is a diagram of the installation of equipment that implements the proposed method for recording and analyzing vibration signals from the accelerometer, arising after an electronic pulse, and converting them into an audio signal affecting the operator's hearing organs;

на фиг. 2 - пример записи импульса вибраций, возникшего после подачи электронного импульса, отфильтрованного в полосе 10-19 кГц, и его огибающая;in fig. 2 is an example of recording a vibration pulse that arose after the filing of an electronic pulse filtered in the 10-19 kHz band, and its envelope;

на фиг. 3 - пример новой огибающей после растяжения в 100 раз и вид квазигармонического сигнала, модулированного новой огибающей;in fig. 3 is an example of a new envelope after being stretched 100 times and a view of a quasi-harmonic signal modulated by a new envelope;

на фиг. 4 - пример двух квазигармонических сигналов, сформированных в соответствии с предлагаемым способом, подаваемых на органы слуха оператора.in fig. 4 is an example of two quasi-harmonic signals generated in accordance with the proposed method, supplied to the operator's hearing organs.

Способ вывода звуковой информации о технологическом процессе электронно-пучкового воздействия на поверхность заготовки заключается в присоединении к обрабатываемому объекту гибкого волновода, выходящего за пределы вакуумной камеры через вакуумный ввод, закреплении на волноводе акселерометра и обработке информации с последнего с помощью компьютера, а полученный с акселерометра сигнал регистрируют в виде временных зависимостей текущих значений сигналов в двух частотных диапазонах от начала воздействия до момента падения амплитуды сигналов до уровня фоновых шумов, выделяют огибающие полученных зависимостей, которые растягивают во времени в 50 и более раз, формируя новые огибающие, для более низкочастотного диапазона выбирают частоту несущего сигнала в пределах от 50 до 1000 Гц, для другого диапазона частоту несущего сигнала берут в два и более раз выше, в качестве частотных диапазонов, в которых регистрируют временные зависимости текущих значений сигналов с акселерометра, выбирают те диапазоны, в которых по экспериментальным данным эффективная амплитуда сигнала подвергается наибольшим изменениям от импульса к импульсу при вариации условий обработки и по случайным причинам, новые огибающие используют в качестве модулирующих функций для соответствующих выбранных несущих сигналов, модулированные сигналы дифференцированно усиливают и раздельно подают на двухканальное звуковоспроизводящее устройство для воздействия на правое и левое ухо оператора соответственно.The method for outputting sound information about the technological process of electron-beam impact on the surface of the workpiece consists in attaching a flexible waveguide to the object being processed, extending outside the vacuum chamber through a vacuum input, fixing the accelerometer on the waveguide and processing information from the latter using a computer, and the signal received from the accelerometer are recorded in the form of time dependences of the current values of signals in two frequency ranges from the beginning of exposure to the moment the amplitude of the signals falls to the level of background noise, the envelopes of the obtained dependences are isolated, which are stretched in time by 50 or more times, forming new envelopes; for a lower frequency range, the frequency is selected carrier signal in the range from 50 to 1000 Hz, for another range, the frequency of the carrier signal is taken two or more times higher, as the frequency ranges in which the time dependences of the current values of the signals from the accelerometer are recorded, those range zones in which, according to experimental data, the effective signal amplitude undergoes the greatest changes from pulse to pulse with varying processing conditions and for random reasons, the new envelopes are used as modulating functions for the corresponding selected carrier signals, the modulated signals are differentially amplified and separately fed to a two-channel sound reproducing device for exposure to the right and left ear of the operator, respectively.

В соответствии с изобретением на фиг. 1 показан пример схемы, реализующей аппаратную часть предлагаемого способа, где с обрабатываемым образцом 1 контактирует волновод 2, выполненный из гибкой проволоки, противоположный конец которого присоединен к принимающей пластине 3, на которой установлен акселерометр 4, выход которого подключен к предусилителю 5, подключаемому к аналоговому усилителю 6, на выходе которого установлен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, данные которого с помощью компьютера 8 сохраняются для последующей обработки и формирования двухканального акустического отображения сигнала вибраций, которое дифференцированно подается на наушники 9, имеющие устройства усиления и балансировки каналов, используемые оператором.In accordance with the invention, FIG. 1 shows an example of a circuit that implements the hardware part of the proposed method, where a waveguide 2 made of flexible wire contacts the processed sample 1, the opposite end of which is connected to a receiving plate 3, on which an accelerometer 4 is installed, the output of which is connected to a preamplifier 5 connected to an analog amplifier 6, at the output of which an analog-to-digital converter (ADC) 7 is installed, the data of which is stored using a computer 8 for subsequent processing and formation of a two-channel acoustic display of the vibration signal, which is differentially fed to headphones 9 having channel amplification and balancing devices used by the operator ...

На фиг. 2 показан пример вибрационного сигнала 10, возникшего в результате подачи электронного импульса на обрабатываемый образец 1. На примере показан вид импульса длительностью 50 мс после фильтрации полосовым фильтром 10-19 кГц. Огибающая 11 для сигнала 10 построена путем последовательного вычисления эффективных значений амплитуды на коротких отрезках времени (в данном случае брались отрезки по 4 мкс). Длина временных отрезков определяет подробности сигнала, описываемые с помощью огибающей. Очень подробное описание не имеет смысла, т.к. их не различает человеческое ухо, грубое описание теряет существенные подробности. Таким же образом может строиться и пиковая огибающая, где для каждого отрезка выделяется максимальное значение.FIG. 2 shows an example of a vibration signal 10, resulting from the application of an electronic pulse to the processed sample 1. The example shows the form of a pulse with a duration of 50 ms after filtering with a 10-19 kHz bandpass filter. The envelope 11 for signal 10 was constructed by sequentially calculating the effective amplitude values over short time intervals (in this case, 4 μs intervals were taken). The length of the time slices determines the details of the signal, described by the envelope. A very detailed description does not make sense, since the human ear does not distinguish them, the crude description loses essential details. A peak envelope can be constructed in the same way, where the maximum value is allocated for each segment.

На фиг. 3 показана новая огибающая 12 после растяжения в 100 раз начальной огибающей 11 и квазигармонический сигнал 13, модулированный новой огибающей 12. На вставке 14 показан увеличенный участок квазигармонического сигнала, модулированный новой огибающей, и несущий сигнал с постоянной частотой (в данном случае 70 Гц).FIG. 3 shows a new envelope 12 after being stretched 100 times the initial envelope 11 and a quasi-harmonic signal 13 modulated by a new envelope 12. Inset 14 shows an enlarged section of a quasi-harmonic signal modulated by a new envelope and a carrier signal with a constant frequency (in this case 70 Hz).

На фиг. 4 показан пример двух квазигармонических сигналов, сформированных для озвучивания сигналов вибраций в двух частотных диапазонов (были выбраны два частотных диапазона: 10-19 кГц и 19-40 кГц). Новые огибающие модулируют несущие сигналы на частотах 70 Гц для полосы 10-19 кГц и 250 Гц для полосы 19-40 кГц. Громкость квазигармонических сигналов выравнивается для их комфортного восприятия оператором при одновременном дифференцированном прослушивании разными ушами. Дифференцированное усиление устанавливается заранее на основании экспериментов с типовыми сигналами конкретного технологического процесса. При таком подходе обеспечивается максимальная информативность каждого канала. Дифференцированное усиление делается для балансировки сигналов в разных каналах. Высокой информативностью может обладать сигнал, изначально имеющий относительно маленькую амплитуду. Для улучшения его восприятия на фоне сигнала другого канала требуется балансировка (обычно такое устройство присутствует в стерео аппаратуре). Для начальной установки баланса каналов можно выравнивать максимумы квазигармонических сигналов для типовых условий технологического процесса.FIG. 4 shows an example of two quasi-harmonic signals formed to sound vibration signals in two frequency ranges (two frequency ranges were selected: 10-19 kHz and 19-40 kHz). The new envelopes modulate the carrier signals at 70 Hz for 10-19 kHz and 250 Hz for 19-40 kHz. The loudness of quasi-harmonic signals is leveled for their comfortable perception by the operator, while differential listening with different ears. Differential gain is preset based on experiments with typical signals from a particular process. This approach provides maximum information content for each channel. Differential gain is used to balance the signals in different channels. A signal that initially has a relatively small amplitude can be highly informative. To improve its perception against the background of the signal of another channel, balancing is required (usually such a device is present in stereo equipment). For the initial setting of the channel balance, you can align the maxima of the quasi-harmonic signals for typical process conditions.

Способ акустического мониторинга электронно-лучевой технологии в вакуумных камерах осуществляется следующим образом. В соответствии с фиг. 1 из вакуумной камеры выводится гибкий волновод 2, который механически соединен с обрабатываемым образцом 1. Для вывода из вакуумной камеры участок волновода уплотняется. Противоположный конец волновода 2 присоединен к принимающей пластине 3, на которой установлен акселерометр 4, выход которого подключен к предусилителю 5, подключаемому к аналоговому усилителю 6, на выходе которого установлен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, данные которого с помощью компьютера 8 сохраняются для последующей обработки и формирования акустического отображения сигнала вибраций, которое подается на наушники 9, используемые оператором.The method of acoustic monitoring of electron beam technology in vacuum chambers is carried out as follows. Referring to FIG. 1, a flexible waveguide 2 is outputted from the vacuum chamber, which is mechanically connected to the sample to be processed 1. For output from the vacuum chamber, the waveguide section is sealed. The opposite end of the waveguide 2 is connected to the receiving plate 3, on which an accelerometer 4 is installed, the output of which is connected to a preamplifier 5 connected to an analog amplifier 6, at the output of which an analog-to-digital converter (ADC) 7 is installed, the data of which is stored by a computer 8 for subsequent processing and formation of an acoustic display of the vibration signal, which is fed to the headphones 9 used by the operator.

Практика показала, что длительность вибрационного сигнала, возникающего после облучения детали, составляет около 50 мс. Основная энергия сигнала сосредоточена на еще более коротком участке, иногда доходящем до 15 мс. Если такой сигнал подать в наушники оператора, то он с трудом сможет оценить только амплитуду импульса. На самом деле человеческое ухо может различать множество оттенков сигнала, включая изменения амплитуды и частотного состава, но только при достаточной длительности анализируемого импульса (это 5-10 секунд). При наличии опыта оператор может на слух оценивать ход процесса и вовремя реагировать на нежелательные отклонения. При изменении состава обрабатываемых материалов оператор может не дожидаться проведения исследователями испытаний различных режимов обработки, а самостоятельно на слух определять подходящее сочетание варьируемых режимов, сопоставляя их с последующими результатами анализа качества полученных поверхностей (после извлечения из вакуумной камеры).Practice has shown that the duration of the vibration signal that occurs after the irradiation of the part is about 50 ms. The main signal energy is concentrated in an even shorter section, sometimes reaching 15 ms. If such a signal is applied to the operator's headphones, he will hardly be able to estimate only the pulse amplitude. In fact, the human ear can distinguish many shades of the signal, including changes in amplitude and frequency composition, but only with a sufficient duration of the analyzed pulse (this is 5-10 seconds). With experience, the operator can audit the progress of the process by ear and react in time to unwanted deviations. When the composition of the processed materials changes, the operator may not wait for the researchers to test various processing modes, but independently determine a suitable combination of varied modes by ear, comparing them with the subsequent results of the analysis of the quality of the obtained surfaces (after being removed from the vacuum chamber).

Однако просто растянуть во времени сигнал исходного импульса не лучший вариант, поскольку в этом случае все частоты, входящие в спектр вибрационного сигнала (в основном это собственные частоты канала, соединяющего обрабатываемую деталь с акселерометром) будут уменьшены в такое же число раз, во сколько увеличено время импульса. Получается, что на небольшом низкочастотном промежутке будет сосредоточено множество частот, которые раньше были распределены в частотном диапазоне в 100-200 раз большем (при длинном волноводе основная энергия вибраций сосредоточена на частотах до 20-30 кГц). Получается такой шумовой сигнал, в котором трудно разобрать отдельные составляющие. Надо еще учитывать, что миниатюрная акустическая аппаратура хуже передает самые низкие частоты. Возникает нижний порог около 40 Гц. В связи с этим в предлагаемом способе было решено, из состава сигнала вибраций выделять два частотных диапазона и их звуковым отображением воздействовать на разные уши оператора. Для этого исходный сигнал фильтруется для этих частотных диапазонов, и строятся начальные огибающие (график 11 на фиг. 2) для каждого диапазона. Начальные огибающие растягиваются до нужного временного масштаба (в 100-200 раз), для каждого диапазона выбирается свой несущий гармонический сигнал, который должен модулироваться новой (растянутой) огибающей. Т. о., получаются два квазигармонических сигнала (пример 13 на фиг. 3), которые затем дифференцированно усиливаются и запускаются в разные наушники оператора. В этом случае на оператора воздействует не сложный шумовой сигнал, а упрощенный, состоящий из двух квазигармонических составляющих, оттенки (амплитуда, модуляция, соотношение амплитуд в разных диапазонах в разные моменты времени) изменения которых человек в состоянии уловить. Преобразованный сигнал запускается в наушники с некоторым запаздыванием (менее одной секунды), определяемым временем преобразования в компьютере, которое не сказывается на времени дальнейшего принятия решения оператором.However, simply stretching the signal of the original impulse in time is not the best option, since in this case all frequencies included in the spectrum of the vibration signal (mainly the natural frequencies of the channel connecting the workpiece to the accelerometer) will be reduced by the same number of times as the time is increased pulse. It turns out that many frequencies will be concentrated on a small low-frequency interval, which were previously distributed in a frequency range 100-200 times larger (with a long waveguide, the main vibration energy is concentrated at frequencies up to 20-30 kHz). The result is a noise signal in which it is difficult to make out the individual components. It should also be borne in mind that miniature acoustic equipment transmits the lowest frequencies worse. A lower threshold of about 40 Hz appears. In this regard, in the proposed method, it was decided to select two frequency ranges from the composition of the vibration signal and to influence different ears of the operator by their sound display. To do this, the original signal is filtered for these frequency ranges, and initial envelopes (graph 11 in Fig. 2) are constructed for each range. The initial envelopes are stretched to the required time scale (100-200 times), for each range, its own carrier harmonic signal is selected, which should be modulated by a new (stretched) envelope. Thus, two quasi-harmonic signals are obtained (example 13 in Fig. 3), which are then differentially amplified and launched into different operator headphones. In this case, the operator is affected not by a complex noise signal, but by a simplified one, consisting of two quasi-harmonic components, shades (amplitude, modulation, the ratio of amplitudes in different ranges at different points in time), the changes of which a person is able to catch. The converted signal is launched into the headphones with some delay (less than one second), determined by the conversion time in the computer, which does not affect the time for further decision making by the operator.

Выбор двух частотных диапазонов, в которых фильтруется исходный сигнал, делается заранее. Он определяется составом собственных частот канала наблюдения вибраций, распределением мощности импульсов по частотному диапазону и частотами, на которых амплитуда сигнала подвергается наибольшим изменениям от импульса к импульсу при вариации условий обработки и из-за случайных факторов, сопровождающих электронно-пучковую обработку. Частотный диапазон не должен быть слишком узким из-за появления в этом случае неустойчивости амплитуды сигнала, наиболее приемлемой шириной частотного диапазона является диапазон порядка одной октавы. Выбор наилучших диапазонов проводится на основании экспериментальных данных. В примере на фиг. 4 показаны два квазигармонических сигнала, сформированные для озвучивания двух частотных диапазонов, в которых происходили наибольшие изменения амплитуды при вариациях рабочих импульсов электронной пушки.The choice of two frequency ranges in which the original signal is filtered is done in advance. It is determined by the composition of the natural frequencies of the vibration observation channel, the distribution of the pulse power over the frequency range and the frequencies at which the signal amplitude undergoes the greatest changes from pulse to pulse with varying processing conditions and due to random factors accompanying electron-beam processing. The frequency range should not be too narrow due to the appearance in this case of an instability of the signal amplitude; the most acceptable width of the frequency range is a range of the order of one octave. The selection of the best ranges is based on experimental data. In the example of FIG. 4 shows two quasi-harmonic signals formed for sounding two frequency ranges, in which the greatest changes in amplitude occurred with variations in the working pulses of the electron gun.

Выбор несущих частот гармонических сигналов тоже делается заранее и ориентируется на восприятие человеком этих сигналов и их различимость при совместном звучании. Для хорошей различимости необходимо, чтобы несущие частоты различались в два или более раз (по этой причине применяется разбиение частотного диапазона на октавы). Восприятие каждого квазигармонического сигнала разными ушами оператора улучшает различимость особенностей их вариаций по разным причинам. В этом случае выбирается несущая частота для самого низкочастотного диапазона (например, 70 Гц), для другого канала частота берется в два или более раз выше. При этом не исключается ориентация на учет пожеланий оператора. В дано случае вторая несущая частота была 250 Гц.The choice of the carrier frequencies of harmonic signals is also made in advance and is guided by the human perception of these signals and their distinguishability when sounding together. For good discernibility, it is necessary that the carrier frequencies differ by a factor of two or more (for this reason, the frequency range is divided into octaves). The perception of each quasi-harmonic signal by different operator ears improves the distinguishability of the features of their variations for different reasons. In this case, the carrier frequency is selected for the lowest frequency range (for example, 70 Hz), for the other channel, the frequency is taken two or more times higher. This does not exclude an orientation towards taking into account the wishes of the operator. In the given case, the second carrier frequency was 250 Hz.

На фиг. 2 и 3 поэтапно показана последовательность преобразования сигнал в одном из выбранных частотных диапазонов (10-19 кГц). Эти данные были взяты из результатов экспериментальной обработки сигналов вибраций при электронно-пучковом облучении стальной пластины, покрытой пленкой NbHf. В результате облучения запускалась химическая реакция с образованием нитридной фазы (NbHf)N. Для озвучивания процесса были выбраны две частотные полосы 10-19 и 19-40 кГц. Преобразования в полосе 10-19 кГц показаны на фиг. 2 и 3, такие же преобразования были сделаны для второй полосы. В качестве несущих частот были выбраны частоты 70 и 250 Гц. Для улучшения восприятия звука на частоте 250 Гц перед подачей в наушники соответствующий квазигармонический сигнал был усилен в 6 раз для выравнивания максимальных значений амплитуд обоих сигналов. В результате были получены квазигармонические импульсы длительностью в 5 секунд (графики 15 и 16 на фиг 4), где в самом начале выделяются звуки на частоте 250 Гц, далее преобладают звуки на низкой частоте, модулированные волнообразным характером процессов мартенситного преобразования.FIG. Figures 2 and 3 show step by step the sequence of signal conversion in one of the selected frequency ranges (10-19 kHz). These data were taken from the results of experimental processing of vibration signals during electron-beam irradiation of a steel plate coated with an NbHf film. As a result of the irradiation, a chemical reaction was initiated with the formation of the nitride phase (NbHf) N. For sounding the process, two frequency bands of 10-19 and 19-40 kHz were chosen. Conversions in the 10-19 kHz band are shown in FIG. 2 and 3, the same transformations were done for the second band. Frequencies of 70 and 250 Hz were chosen as carrier frequencies. To improve the perception of sound at a frequency of 250 Hz, before being fed into the headphones, the corresponding quasi-harmonic signal was amplified 6 times to equalize the maximum values of the amplitudes of both signals. As a result, quasi-harmonic pulses with a duration of 5 seconds were obtained (graphs 15 and 16 in Fig. 4), where at the very beginning sounds at a frequency of 250 Hz are distinguished, then sounds at a low frequency predominate, modulated by the wavy nature of martensitic transformation processes.

С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - оснащение оператора звуковой информацией о технологическом процессе электронно-пучкового воздействия на деталь для текущего контроля и оперативного реагирования на изменения качества протекания процессов в вакуумной камере при реализации технологического процесса поверхностного легирования - решена, а заявленный технический результат - сокращение времени освоения технологии обработки новых материалов и повышение точности настройки режимов работы технологического оборудования, определяющих параметры электронных импульсов и эффективность их воздействия на поверхность детали, и повышение качества продукции электронно-пучковой обработки за счет своевременной коррекции технологического процесса -достигнут.Taking into account the foregoing, it can be concluded that the task set - to equip the operator with sound information about the technological process of electron-beam exposure to the part for monitoring and prompt response to changes in the quality of the processes in the vacuum chamber during the implementation of the surface alloying technological process - has been solved, and the claimed technical result - a reduction in the time for mastering the technology of processing new materials and an increase in the accuracy of tuning the operating modes of technological equipment that determine the parameters of electronic pulses and the effectiveness of their impact on the surface of the part, and an increase in the quality of products of electron-beam processing due to timely correction of the technological process - are achieved

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the features indicated in the independent claim are essential and interconnected with the formation of a stable set of necessary features unknown on the priority date from the prior art, sufficient to obtain the required synergistic (over-sum) technical result.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электронно-лучевой обработке в вакуумных камерах;- an object that embodies the claimed technical solution, in its implementation, refers to electrophysical processing methods, in particular to electron beam processing in vacuum chambers;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и/или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form as it is characterized in the independent clause of the following formula, the possibility of its implementation is confirmed using the means and methods described above in the application and / or known from the prior art at the priority date;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- an object that embodies the claimed technical solution, when implemented, is capable of achieving the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Consequently, the claimed object meets the criteria of patentability "novelty", "inventive step" and "industrial applicability" under the current legislation.

Claims (1)

Способ вывода звуковой информации о технологическом процессе электронно-пучкового воздействия на поверхность заготовки, заключающийся в присоединении к обрабатываемому объекту гибкого волновода, выходящего за пределы вакуумной камеры через вакуумный ввод, закреплении на волноводе акселерометра и обработке информации с последнего с помощью компьютера, отличающийся тем, что полученный с акселерометра сигнал регистрируют в виде временных зависимостей текущих значений сигналов в двух частотных диапазонах от начала воздействия до момента падения амплитуды сигналов до уровня фоновых шумов, выделяют огибающие полученных зависимостей, которые растягивают во времени в 50 и более раз, формируя новые огибающие, для более низкочастотного диапазона выбирают частоту несущего сигнала в пределах от 50 до 1000 Гц, для другого диапазона частоту несущего сигнала берут в два и более раз выше, в качестве частотных диапазонов, в которых регистрируют временные зависимости текущих значений сигналов с акселерометра, выбирают те диапазоны, в которых по экспериментальным данным эффективная амплитуда сигнала подвергается наибольшим изменениям от импульса к импульсу при вариации условий обработки и по случайным причинам, новые огибающие используют в качестве модулирующих функций для соответствующих выбранных несущих сигналов, модулированные сигналы дифференцированно усиливают и раздельно подают на двухканальное звуковоспроизводящее устройство для воздействия на правое и левое ухо оператора соответственно.A method for outputting sound information about the technological process of electron-beam impact on the surface of the workpiece, which consists in attaching a flexible waveguide to the object being processed, extending beyond the vacuum chamber through a vacuum input, fixing the accelerometer on the waveguide and processing information from the latter using a computer, characterized in that the signal received from the accelerometer is recorded in the form of time dependences of the current signal values in two frequency ranges from the beginning of exposure to the moment the signal amplitude falls to the level of background noise, the envelopes of the obtained dependences are selected, which are stretched in time by 50 or more times, forming new envelopes, for more of the low-frequency range, the frequency of the carrier signal is selected in the range from 50 to 1000 Hz; for another range, the frequency of the carrier signal is taken two or more times higher, as the frequency ranges in which the time dependences of the current values of signals from the accelerator are recorded meter, select those ranges in which, according to experimental data, the effective signal amplitude undergoes the greatest changes from pulse to pulse with varying processing conditions and for random reasons, new envelopes are used as modulating functions for the corresponding selected carrier signals, modulated signals are differentially amplified and separately supplied on a two-channel sound-reproducing device to influence the operator's right and left ear, respectively.
RU2019129347A 2019-09-18 2019-09-18 Method for outputting audio information about the technological process of electron-beam action RU2727339C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129347A RU2727339C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Method for outputting audio information about the technological process of electron-beam action

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129347A RU2727339C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Method for outputting audio information about the technological process of electron-beam action

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727339C1 true RU2727339C1 (en) 2020-07-21

Family

ID=71741258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019129347A RU2727339C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Method for outputting audio information about the technological process of electron-beam action

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727339C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763863C1 (en) * 2020-12-11 2022-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method for obtaining acoustic information for monitoring the technological process of surface alloying of ceramic and hard-alloyed tools

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6246772B1 (en) * 1999-03-23 2001-06-12 Keng-Yuan Chang Wireless headphone/speakers sound field control circuit
RU2399910C1 (en) * 2008-12-23 2010-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научный производственно-технологический центр ОКТАЭДР" Method for thermodynamic acoustic-emission standardisation and system for realising said method
WO2013152332A1 (en) * 2012-04-06 2013-10-10 Qualcomm Incorporated Headset switches with crosstalk reduction
RU2698524C1 (en) * 2018-08-23 2019-08-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method of monitoring electron-beam technology of surface alloying and thermal treatment in vacuum chambers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6246772B1 (en) * 1999-03-23 2001-06-12 Keng-Yuan Chang Wireless headphone/speakers sound field control circuit
RU2399910C1 (en) * 2008-12-23 2010-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научный производственно-технологический центр ОКТАЭДР" Method for thermodynamic acoustic-emission standardisation and system for realising said method
WO2013152332A1 (en) * 2012-04-06 2013-10-10 Qualcomm Incorporated Headset switches with crosstalk reduction
RU2698524C1 (en) * 2018-08-23 2019-08-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method of monitoring electron-beam technology of surface alloying and thermal treatment in vacuum chambers

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.V. Fedorov et al. Vibroacoustic diagnostics of surface electron beam alloying process of ferritic stainless steel // 6th International Congress "Energy Fluxes and Radiation Effects" IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, 2018. *
S.V. Fedorov et al. Vibroacoustic diagnostics of surfaceelectron beam alloying process of ferritic stainless steel // 6th International Congress"Energy Fluxes and Radiation Effects" IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf.Series, 2018. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763863C1 (en) * 2020-12-11 2022-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method for obtaining acoustic information for monitoring the technological process of surface alloying of ceramic and hard-alloyed tools

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8189799B2 (en) System for active noise control based on audio system output
US8565908B2 (en) Systems, methods, and apparatus for equalization preference learning
EP2320683B1 (en) Sound tuning method and apparatus
US20060233408A1 (en) Hearing aid with adaptive compressor time constants
RU2727339C1 (en) Method for outputting audio information about the technological process of electron-beam action
Houtgast et al. Lateralization threshold of a signal in noise
Smoorenburg et al. Correlates of combination tones observed in the response of neurons in the anteroventral cochlear nucleus of the cat
Hukin et al. Effects of contralateral presentation and of interaural time differences in segregating a harmonic from a vowel
JP2015154305A (en) Acoustic processing apparatus, acoustic processing method and acoustic processing program
RU2727338C1 (en) Method for acoustic monitoring of electron-beam surface alloying in vacuum chambers
Tarn et al. Developing psycho-acoustic experiments in gas metal arc welding
RU2698524C1 (en) Method of monitoring electron-beam technology of surface alloying and thermal treatment in vacuum chambers
RU2763863C1 (en) Method for obtaining acoustic information for monitoring the technological process of surface alloying of ceramic and hard-alloyed tools
Pastore et al. The impact of peripheral mechanisms on the precedence effect
Faulkner Pitch discrimination of harmonic complex signals: Residue pitch or multiple component discriminations?
WO2023225315A2 (en) Real-time binaural audio detection and enhancement
USRE48462E1 (en) Systems, methods, and apparatus for equalization preference learning
Sottek et al. Loudness perception and modeling of impulsive sounds
Kohlrausch et al. Binaural masking level differences in nonsimultaneous masking
JP3287970B2 (en) Method and apparatus for adding reverberation
Fedorov et al. Vibroacoustic monitoring of the intermetallic phase formation when electron-beam technology surface alloying
Kondylidis et al. Spatial buildup of cochlear compression revisited
RU27259U1 (en) DEVICE FOR MEASURING SPEECH VISIBILITY
SMALDINO A multivariate strategy for prediction of psychoacoustic performance from electroacoustic characteristics of hearing aids
Fedorov et al. Investigation of the Kinetics of the SHS Process, Initiated Using Electron-Beam Technology