SE456611B - Anordning for signallagring och/eller signalbehandling av fran en givare erhallna signaler - Google Patents

Description

456 611 2 Målsättningen med föreliggande uppfinning är att givaren skall kunna avsöka provobjektet med avseende även på små defekter och deras läge.

Detta förutsätter ett mycket finmaskigt avsökningsmönster, vilket i det fall man önskar arbeta med ett begränsat antal givare medför att givarna, t ex roterande ytgivare, måste rotera med höga varvtal. Speciellt i de fall man använder t ex en enda givare av kostndsskäl måste givararrange- manget föras snabbt fram och åter tvärs över ämnet via någon typ av givar- manipulator, t ex en industrirobot, för att hinna avsöka ämnesytan successivt under pågående gjutning. Kravet på högt rotationsvarvtal ökar då givetvis kraftigt. Detta i sin tur ställer mycket höga krav på den efterföljande signalhanteringen inklusive signalbehandlingen. som måste ske mycket snabbt om inga defekter skall tappas eller behandlas ofull- ständigt.

Föreliggande uppfinning anger en lösning på här angivna problem och andra härmed sammanhängande problemställningar. Anordningen enligt uppfinningen kännetecknas därav, att minst en givare är anordnad att rotera i en cirkulär bana eller liknande och att minst en villkorsfunktion eller villkorskrets är anordnad att användas för frånskiljning av signaler av mindre intresse och att i sammanhanget intressanta, t ex för stränggjut- ningsprocess farliga signaler. t ex spricksignaler, automatiskt fördelas, som funktion av villkor till parallella. t ex parallellt men självständigt arbetande, signallagrande och/eller signalbehandlande kretsar. och att dessa intressanta signaler är anordnade att automatiskt förses med adress- information, om till vilken del av provobjektet de refererar.

Uppfinningen kan ses som en kapacitetshöjande anordning, baserad på en kombination av separering av felsignaler. som uppfyller vissa villkor och parallell signalbehandling.

Genom att på detta sätt både begränsa antalet signalbehandlande felsigna- ler och behandla signalerna i parallellt arbetande kretsar (funktions- block) kan signalbehandlingskapaciteten ökas avsevärt med bibehållen till- förlitlighet.

Uppfinningen är användbar vid t ex sprickdetektering. baserad på s k virvelströmsteknik, och kan då ses som ett komplement till föremålet för de svenska patentansökningarna 7507857-6. 7813334-Ä. 8206678-8. 8302738-3, 8400698-0. 8400861-4. 8500065-l och 8503894-1. Den givartyp som beskrivs i ¿ 3 456 611 8503894-1 är ett bra exempel på hur givaren kan vara utformad.

Några aktuella definitioner: Med grovobjekt avses t ex stränggjutet ämne, plåt. stàlsmälta m m.

Med defekt avses t ex spricka. ytspricka, invalsad flaga, insjunkning, på djupet liggande defekt. inneslutning etc.

Med givare avses t ex ytavkännande virvelströmsgivare, spole matad med flera bärfrekvenser m m.

Med givararrangemang avses t ex roterande givare, dvs den anordning. t ex snurra, som-för givarspolen i cirkulär bana över provobjektets yta.

Med felsiggal avses den signal som helt eller delvis härrör från storhet t ex defekt i eller på provobjektet.

Med defektvariabel avses t ex en typ av defekt, sprickdjup, sprickläge m m.

Med storhet avses t ex defekt, förändring. dimension m m.

Med villkor avses t ex givarens position. defektens position på ämnet m m.

Uppfinningen är närmare beskriven i bifogade figurer, av vilka fig 1 visar principen för uppfinningen och fig 2 ett utföringsexempel med viss kvad- rantorientering.

Uppfinningen kan beskrivas enligt följande. som skall ses som ett exempel på en av många tänkbara varianter av anordningen enligt uppfinningen.

I fig 1 visas ett stränggjutet ämne 1. som rör sig med v m/min. Över ämnesytan roterar en virvelströmsbaserad ytgivare 2 i en cirkulär bana 18 med radien R, parallellt med ytan. I fig 1 har givaren ritats vid två olika lägen (2a resp Zb). Rotationsbanans centrumaxel 17 är i stort sett vinkelrät mot ämnesytan och belägen på avståndet x resp y från ämnets kanter. och kan förflyttas med hjälp av t ex givarmanipulatormekanik, varvid avstànden x och y givetvis ändras. 456 611 L, Avstánden x och y representerar givararrangemangets koordinatadress, medan t ex givarens position relativt centrumpunkten P kan betraktas som en på givararrangemangets adress överlagrad givarrotationsadress.

Sammantaget utgör dessa adresser givarens s k absoluta adress, refererande till någon lämplig punkt på ämnesytan.

Givararrangemangets adress 25 erhålls från en lägesgivare 14, medan givar- rotationsadressen Zß erhålls från en lägesgivare 9, bestående av t ex en vinkelgivare, monterad på givararrangemangets centrumaxel. I beräknings- enheten 15 beräknas den absoluta adressen 19 utgående från signalerna ZÅ och 25.

Givaren 2 är ansluten till kretsarna 4, 5 och 6, i vilka ingår konventio- nella förstärkare. detektorer och filter. Utsignalen 26 från filtret 6 innehåller en mängd signalinformation, härrörande från t ex provobjek-tets yta, som t ex bl a information om alla defekter 3 som givaren passerar vid rotationen. Vid höga rotationsvarvtal och snabb förflyttning av givar- arrangemanget,'dvs punkten P över ämnesytan, blir informationsmängden i signalen 26 ofta ohanterligt stor.

Då provobjektet. dvs i detta exempel ämnet, ej är en slutprodukt utan avses att behandlas vidare i t ex ett bandvalsverk eller liknande, är ej alla typer av defekter farliga för denna efterföljande process. av denna anledning kan man via en krets 7 i fig 1, som innefattar en eller flera villkorsfunktioner, filtrera bort de signaler som kan förväntas vara relativt ofarliga och därför ointressanta att ytterligare signalbehandla och lägesbestämmma. Exempel på sådana ofarliga defekter kan vara oscilla- tionsmärken, små flagor etc.

Ett annat fall är när man avser att fläckslipa bort eventuella defekter.

Härvid räcker det med att markera den djupaste defekten. t ex sprickan på aktuell delyta, t ex kvadrant eller Qtkvadrant, anpassad till slipmaski- nens precision.

Inom ramen för uppfinningen kan villkorskretsen/villkorsfunktionen 7 placeras på andra platser 1 systemet, t ex ingå som en del i varje parallellkanal. Den principiella effekten blir dock densamma. Pa liknande I!! U 456 611 sätt kan Övriga funktionsblock varieras och växla plats inom ramen för uppfinningen.

Villkorskretsen 7 styrs av sorteringsvillkor 16, som kan varieras utifrån, t ex de felegenskaper den aktuella legeringen i ämnet förväntas ge upphov till. Villkoren kan som exempel baseras pà: signalfrekvens signalamplitud frekvensspektrum pulstäthet signalutseende etc.

Resultatet av den separation som sker i kretsen 7 är ett antal utvalda felsignaler 27. Dessa signaler pâförs väljaren/fördelaren 8, som t ex i omkopplarens HO läge 2 styrs av avkodaren 28. vars insignal ZÄ utgörs av vinkelkoden från lägesgivaren 9. Signalen 29 informerar t ex om i vilken kvadrant givaren 2 momentant befinner sig.

Härigenom kommer väljaren 8 att fördela signalerna 27 till de parallella signallagrande mellanminnena 10, 11, 12 och 13, som därigenom kommer att lagra signaler härrörande från var sin givarrotationsdel, t ex kvadrant.

Signalerna 30, 31, 32 och 33 representerar alltså lagrade utvalda signaler fràn, i detta fall resp givarrotationskvadrant.

I vissa fall är det tillräckligt att via t ex efterföljande dator 30 bearbeta dessa signaler vidare, eventuellt tillsammans med xy-adress- informationen 25. I de fall kraven på snabbhet är stora är det ofta för- delaktigt att komplettera signalerna SO, 31. 32 och 33 med adressinforma- tion 19, vilket sker i kretsarna 20. 21, 22 och 23.

Signalutgångarna A, B, C och D kan därför förutom de utsorterade "farliga" felsignalerna även innehålla information om från vilka punkter eller adresser på ämnet 1 felsignalerna härrör sig fràn. 456 611 Av fig 1 framgår att väljaren 8 kan styras på flera olika sätt beroende på hur omkopplarfunktionen 40 är vald. Pà det sätt kopplaren är ritad, dvs f: läget 1, styrs vëljaren 8 av givarvariabel, t ex typ av spricka eller sprickdjupsnivå. I läge 2 styrs väljaren av givarens läge relativt rota- h' tionsbanan. I läge 3 styrs den av givarens läge. dvs adress, relativt provobjektet. I läge 4 styrs väljaren som funktion av resp parallellkanals minnesstatus, dvs om det finns lediga minnen tillgängliga i någon kanal.

Vilket styrsätt eller villkor som väljs beror på hur det slutliga mät- resultatet är tänkt att användas.

Som alternativ till att låta väljaren 8 styras av signalen 24, dvs läge 2, kan felsignalerna 27 fördelas med hjälp av signalen 19, dvs läge 3, varigenom fördelningen i princip sker som funktion av givarens läge relativt provobjektet. Antalet parallella kanaler eller utgångar (A-D) bör då utökas.

På detta sätt är det förhållandevis enkelt att låta felsignalerna här- rörande fràn skilda givarrotationsvarv. men refererande till samma punkt på ämnesytan, sammanlagra sig t ex via en integrationsdel, så att ett signalmedelvärde erhålls för resp punkt alternativt delyta på ämnet.

Härigenom ökar precisionen i mätningen.

Utgångarna A, B, C. D osv kan t ex få mata var sitt minne. som successivt intar ett medelvärde refererande till en lämpligt vald delyta på ämnes- ytan.

Denna medelvärdesbildning kan givetvis även ske i blocken 20 t o m 23, om så anses lämpligt.

Den viktigaste förutsättningen för att man skall kunna utföra den här beskrivna medelvärdesbildningen och andra liknande signalbehandlingar, där information erhàllen från skilda tillfällen men refererande till samma ytavsnitt, är att defekterna snabbt förses med adressinformation.

För att detta skall vara möjligt att utföra på ett enkelt sätt krävs - snabb, helst hàrdvarugenererad. adressinformation och likaledes snabbt signalomhändertagande där den parallella signalmellanlagringen med eventuellt tillhörande signalbehandling är en viktig del. 7 456 611 Konsekvensen av detta blir även att kraven på efterföljande dator 34 ej blir så stora, utan oftast kan konventionella datorer användas.

För att kunna lägesbestämma en defekt läge och orientering krävs det att givaren roterar mycket fort. då ju därigenom informationsmängden ökar på grund av t ex att givaren hinner korsa sprickan flera gånger med olika skärningsvinkel.

Av samma orsak kan olika feltyper bestämmas och sorteras liksom defekternas orientering beräknas om rotationsvarvtalet är tillräckligt högt. Konsekvensen av ett högt varvtal är att felsignalerna blir korta, ofta mindre än 1 ms i varaktighet. vilket medför att det blir närmast omöjligt att hinna signalbehandla dessa signaler direkt via datorer utan hjälp av kompletterande hårdvarulösningar. Av denna orsak användes mellan- minnen 10, 11, 12 och 13, som består av analoga minnen, innehållande likriktare och efterföljande kondensator, som laddas upp till felsignalens toppvärde via likriktaren.

Ingenting hindrar dock att mellanminnena är av digitalt utförande om detta anses lämpligt.

Fig 2 visar hur givarspolen 2 och dess rotationsbana 18 över ämnet 1 är placerad. Vid virvelströmsprovning är oftast känsligheten för defekter störst när givaren korsar sprickan tvärs, dvs i 900. Känsligheten avtar normalt brant vid en korsning av sprickan i mindre vinkel än #50. Detta gör att känsligheten för tvärsprickor (Tj är störst i kvadrant I och III (streckad yta), medan känsligheten för längssprickor (L) är störst i kvadranterna II och IV förutsatt att kvadranterna orienterats som anges i fig 2.

Detta är ett av skälen till att det kan vara fördelaktigt att använda väljarens 8 läge 2 om man vill särskilja tvär- och längssprickor.

Nämnda utförandesätt och utförandeanordning är endast ett av många tänkbara exempel inom ramen för uppfinningen.

Signalbehandlingsblocken 20, 21, 22 och 23 kan innehålla analog-digital- omvandlare, som omvandlar de analoga signalerna från minneskondensato- rerna i 10 t o m 13 till digitala signaler. 456 611 8 - Genom den parallella signalbehandlingen får även dessa A/D-omvandlare tid på sig att utföra signalomvandlingen.

Signalbehandlingsblocken kan även t ex innehålla var sin mikrodator för ytterligare sofistikerad parallell signalbehandling.

Mikrodatorerna kan även ingå som en del i "handskakningsproceduren" med den överordnade datorn 34. liksom att fungera som köregister i väntan på att den överordnade datorn blir klar att mottaga aktuella felsignaler.

Antager man att givarens rotationsvarvtal är 3000 varv/minut, dvs 50 varv/sekund, blir varvtiden 1000/50 = 20 ms.

Om sorteringsvillkoret 16 är att välja ut den största felsignalenldefek- ten per kvadrant, kommer signalutgångarna A. B. C och D att under en tid > 3/4 - 20 ms, dvs > 15 ms. att visa aktuellt mätvärde. Efterföljande dator 34 har alltså > 15 ms på sig att omhändertaga signalerna/informa- tionen på utgångarna A t o m D.

Per utgång blir detta då > 15/4, dvs > 3,75 ms, vilket är en lätt uppgift jämfört med felsignalens pulsvarighet om cirka 0,1-0,5 ms.

Väljer man att arbeta med en dator per utgång blir det givetvis än mer gynnsamt. då ju varje dator får > 15 ms på sig att omhändertaga aktuell information.

Ofta är man ej enbart intresserad av att finna den djupaste defekten utan önskar även få en helhetsbild av åmnesytans kvalitet i stort. Ett lämpligt sätt att få tillgång till denna information är att beräkna en s k kvali- tetskod som funktion av antalet felsignaler/defekter per vald ytenhet, t ex kvadrant, och/eller dessa defekters storlek och/eller orientering och/eller typ.

Kvalitetskoden kan t ex anges som en siffra som refererar till hela ämnes- ytans kvalitet eller delar av denna.

På grund av den höga signalbehandlingskapaciteten. som uppfinningen möjliggör, och den därav följande noggranna adresseringsmöjligheten av aktuella defekter, kan datorn BR via registreringsorgan, som t ex bildf On _ h*

Claims (7)

456 611 skärm eller skrivare, avbilda ämnesytan eller del därav. Denna avbildning kan vara skalenlig, och t ex indelad i lika stora kvadrater. representerande 200 x 200 mm stora kvadrater på ämnesytan. På avbildningen anges sedan i resp kvadrat t ex största aktuella sprick- djup med sifferkod eller liknande. Denna information användes därefter t ex av ämnesslipoperatören när defekterna skall slipas bort. varvid slipningen blir optimal. Motsvarande information i datorn kan givetvis även användas för automa- tisk styrning av utrustning för borttagande av för efterföljande process farliga defekter. Uppfinningen kan realiseras med både hårdvara och mjukvara. Skall uppfin- ningen komma till sin fulla rätt användes dock i första hand hårdvara- lösningar för t ex mellanminnena 10-13. Uppfinningen kan varieras på màngahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. PATENTKRAV

1. Anordning för signallagring och/eller signalbehandling av från eller via minst en relativt provobjekt (1) rörlig givare (2) med till- hörande elektronik (4. 5, 6) erhållna signaler, helt eller delvis härrörande från en eller flera storheter, t ex defekt (3) i eller på provobjekt, vilken anordning innefattar minst en filterfunktion/ filterfunktionskrets (7). här kallad villkorsfunktion/villkorskrets (7). och minst en väljare/fördelare (8), samt minst två parallella signal- lagrande och/eller signalbehandlande kretsar, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst en givare är anordnad att rotera i en cirkulär bana (18) eller liknande och att minst en villkorsfunktion eller villkorskrets (7) är anordnad att användas för frànskiljning av signaler av mindre intresse och att i sammanhanget intressanta, t ex för stränggjutningsprocess farliga, signaler. t ex spricksignaler. automatiskt fördelas (8), som funktion av villkor till parallella, t ex parallellt men självständigt 456 611 10 arbetande, signallagrande och/eller signalbehandlande kretsar (10-13 och 20-23), och att dessa intressanta signaler är anordnade att automatiskt förses med adressinformation (19). om till vilken del av provobjektet de refererar. _

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att till resp felsignal hörande adressinformation är anordnad att beräknas som funktion av, t ex summan av, givararrangemangets läge/adress (x. y) och på detta läge överlagrade givarrotationläge/adress.

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav. att givarens rotationsvarv är uppdelade i delar, t ex fyra kvadranter, och att de felsignaler per del som uppfyller förutbestämda villkor, t ex den största felsignalen, är anordnad att pàföras efterföljande signallagrande och/eller signalbehandlande kretsar.

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav 2-3, k ä n n e - t e c k n a d därav. att minst två olika typer av defekter, t ex längs- gående och tvärgàende ytsprickor, är anordnade att separeras och/eller bestämmas som funktion av signaler refererande till olika delar, t ex kvadranter, av givarens rotationsvarv.

5. Anordning enligt något eller några av patentkraven 2-4, k ä n n e - t e c k n a d därav, att det överlagrade givarrotationsläget direkt eller indirekt är anordnat att beräknas med hjälp av på eller i den roterande givaren monterad lägesgivare (9). t ex en fotocell eller kodskiva.

6. Anordning enligt något av patentkraven 2-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att felsignalerna är anordnade att fördelas som funktion av ledig minneskapacitet i resp parallellkanal.

7. Anordning enligt något eller några av patentkraven 2-6, k ä n n e - t e c k n a d därav. att felsignaler härrörande från skilda givarrota- tionsvarv och refererade till samma del/adress på eller i provobjektet är anordnade att lagras och/eller signalbehandlas, t ex via korrelations- teknik, så att någon form av statistiskt medelvärde erhålls. varigenom felsignalinformationen blir tillförlitligare.