SU1254288A1

SU1254288A1 - Method and apparatus for measuring thickness of hollow articles with difficult access to cavity

Info

Publication number: SU1254288A1
Application number: SU853861345A
Authority: SU
Inventors: Борис Петрович Фридман
Original assignee: Уфимский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе
Priority date: 1985-03-04
Filing date: 1985-03-04
Publication date: 1986-08-30

Abstract

Изобретение относитс к области контрольно-измерительной техники и может использоватьс дл измерени толщины стенок пустотелых изделий с затрудненным доступом в полость. Целью изобретени вл етс повышение разрешающей способности и оперативности измерений за счет того, что используют источник магнитодвижущей силы с двум посто нными по направлению разделенными магнитными потоками, в контур одного из которых включают контролируемое изделие с размещенным внутри ферромагнитным агентом, а сопротивление второго измер ют с помощью вариатора воздушного зазора. Балансируют полученный магнитный мост в отсутствие издели , затем помещают изделие с ферромагнитным агентом в зазор и определ ют толщину стенки по степени перераспределени магнитного потока между контурами . 2 з.п.ф-лы, 2 с.п.ф-лы,3 ил. с S (Л tsD СЛ 4ia to 00 00The invention relates to the field of instrumentation technology and can be used to measure the wall thickness of hollow products with difficult access to the cavity. The aim of the invention is to increase the resolution and efficiency of measurements due to the fact that they use a source of magnetomotive force with two permanently separated magnetic fluxes, one of which includes a controlled product with a ferromagnetic agent placed inside, and the resistance of the second is measured using air gap variator. Balance the resulting magnetic bridge in the absence of the product, then place the product with a ferromagnetic agent in the gap and determine the wall thickness according to the degree of redistribution of the magnetic flux between the circuits. 2 hp ff, 2 sp ff, 3 ill. with S (L tsD SL 4ia to 00 00

Description

1one

Изобретение относитс к измерительной технике,а именно к методам и техническим средствам неразрупгаю- щего профильного контрол геометрических параметров открытых и полых .изделий сложной конфигурации, и может быть применено дл толщиномет- рии сплошных конструкций и пустотелых объектов.The invention relates to a measurement technique, in particular, to methods and technical means of non-destructive profile control of geometrical parameters of open and hollow products of complex configuration, and can be applied to thickness gauging of solid structures and hollow objects.

Целью изобретени вл ютс повы- тение разрешающей способности и оперативности измерений за счет исключени зависимости результатов контрол от дестабилизирующего вли ни потока рассе ни внешнего магнитного пол , а также обеспечение непрерывности след щего контрол толщины вдоль задаваемого профил издели , повьт1ение точности и производительности измерений за счет исключени таких дестабилизирующих факторов, ка изменение электропроводности и конфигурации изделий The aim of the invention is to increase the resolution and efficiency of measurements by eliminating the dependence of the control results on the destabilizing effect of the scattered flux of the external magnetic field, as well as ensuring continuity of the follow-up thickness control along the specified profile of the product, increasing the accuracy and efficiency of the measurements. such destabilizing factors, ka change in electrical conductivity and product configuration

На фиг. 1 изображена принципиальна схема устройства дл непрерыв- ной толщинонетрии стенок пустотелых изделий с затрудненньтм доступом в полость; на фиг. 2 - схема намотки цилиндрической двухполюсной рамки усройства} на фиг. 3 - направлени эле тродвижущих сил, наводимых в боковых ветв х рамки.FIG. 1 is a schematic diagram of a device for continuous thickness of the walls of hollow products with difficult access to the cavity; in fig. 2 is a winding scheme of a cylindrical bipolar frame of the arrangement} in FIG. 3 - the direction of the electromotive forces induced in the side branches of the frame.

Устройство содержит магнитопроводThe device contains a magnetic core

1Ф-образной формы с двум зазорами 1F-shaped with two gaps

2и 3, один из которых (2) предназначен дл размещени контролируемого издели 4, цилиндрическую двухполюсную рамку 5 с приводом 6 и токосъемником 7), подключенные к послед- нему последовательно соединенные усилитель 8 переменного тока, детектор2 and 3, one of which (2) is intended to accommodate the test article 4, a cylindrical bipolar frame 5 with a drive 6 and a current collector 7), connected to the last in series connected amplifier 8 of an alternating current detector

9 и индикатор 10, а также вариатор воздушного зазора, выполненный EI вид клиновидной ферромагнитной рейки 11, установленной во втором зазоре 3 с возможностью поворота относительно магнитопровода 1. На среднем стержне магнитопровода 1 размещена обмотка 12 возб ждени . Устройство также содержит источник, который выполнен в виде управл емого стабилизатора 13 посто нного тока, первый выход которого соединен с обмоткой 12 возбуждени , второй выход с приводом 6, а боковые ветви магнитопровода 1 вблзи центрального стержн выполнены с шунтами 14 и линейными воздушными9 and the indicator 10, as well as the air gap variator, an EI type of a wedge-shaped ferromagnetic rail 11, installed in the second gap 3, can be rotated relative to the magnetic circuit 1. The excitation winding 12 is placed on the middle core of the magnetic core 1. The device also contains a source which is made in the form of a controlled stabilizer 13 of direct current, the first output of which is connected to the excitation winding 12, the second output to the drive 6, and the side branches of the magnetic circuit 1 of the central rod are made with shunts 14 and linear air

881881

зазорами, в которых pa .мcщef a цилии- дрическ двухполюсна рамка 5,gaps in which pa. msschef a cylindrical bipolar frame 5,

Кроме того, П1 пюсные наконечники 15 магнитопровода 1, образующие зазор дл контролируемого издели 4, выполнены в виде концентричных сферических поверхностей, а рамка составлена из двух симметричных секций 16 обмоток полуцилиндрической форьты, имеющих зеркальную намотку и соединенных последовательно-согласно.In addition, P1 pusovye tips 15 of the magnetic circuit 1, forming a gap for the controlled product 4, made in the form of concentric spherical surfaces, and the frame is composed of two symmetric sections 16 of the helix-shaped forts windings, which are mirrored and connected in series.

Способ толщинометрии стенок пустотелых изделий с затрудненным доступом в полость реализуетс описываемым устройством следующим образом .The method of thickness gauging of the walls of hollow products with difficult access to the cavity is implemented by the described device as follows.

Перед измерени ми производитс тарировка устройства, при которой тумблером 17 подключаетс к переменной силовой сети стабилизатор 13, переменное напр жение с выхода которого преобразуетс в стабилизированное и лишенное пульсаций напр жение посто нного тока, подаваемое на обмотку 12 возбуждени .Before measurements, the device is calibrated, in which the toggle switch 17 connects to the variable power network stabilizer 13, the alternating voltage from the output of which is converted to a DC voltage, stabilized and free from pulsation, applied to the excitation winding 12.

Создаваемый при этом в центральном стержне магнитопровода 1 магнитный поток расходитс по верхнему и нижнему контурам магнитной цепи, включающим в себ соответственно контуры 18 и 19 магнитопровода 1.The magnetic flux created in the central core of the magnetic circuit 1 then diverges along the upper and lower contours of the magnetic circuit, including the contours 18 and 19 of the magnetic circuit 1, respectively.

После включени тумблером 20 привода 6, привод щего во вращение цилиндрическую рамку 5, на вершине выпуклого полюсного наконечника 15 магнитопровода 1 (до введени в рабочий зазор 2 магнитопровода 1 контролируемого издели 4) устанавливают ферромагнитный шарик 21, который под действием посто нного магнитного пол , проход щего в рабочем зазоре 2 между наконечниками 15 магнитопровода 1, самофиксируетс в указанном центральном положении - на вершине выпуклого наконечника 15 магнитопровода 1After switching on the toggle switch 20 of the actuator 6, which causes the cylindrical frame 5 to rotate, a ferromagnetic ball 21 is installed on top of the convex pole tip 15 of the magnetic circuit 1 (prior to the introduction of the controlled product 4 into the working gap 2); in the working gap 2 between the tips 15 of the magnetic circuit 1, is self-locking in the indicated central position - on the top of the convex tip 15 of the magnetic core 1

Клиновидную рейку 11 в нижнем контуре 19 магнитопровода перемещают и фиксируют в таком положении, при котором стрелочный индикатор 10 показывает нуль, что свидетельствует о равенстве магнитных потоков, проход щих через линейные воздушные зазоры, пересекаемые боковыми сторонами цилиндрической рамки 5.The wedge-shaped rail 11 in the lower circuit 19 of the magnetic circuit is moved and fixed in such a position that the dial indicator 10 shows zero, which indicates the equality of the magnetic flux passing through the linear air gaps intersected by the lateral sides of the cylindrical frame 5.

Из фиг, 2, где показаны направлени намотки последовательно-согласно включенных секций 16 рамки 5, и из dэиг, 3, где показаны направлени наводимых в рамке 5 напр жений, видно что электродвижущие силы, возникающие в диаметрально противоположных боковых сторонах (ветв х) рамки 5 при их синхронном прохождении через линейные воздушные зазоры симметричных шунтов 14 магнитопровода 1, имеют встречные направлени . Это обусловливает на токосъемнике 7, св занном с входом усилител 8, по вле- ние двухпол рного импульсного сигнал период повторени которого определ етс частотой вращени рамки 5 (3000 об./мин) , а уровень - разностью электродвижущих сил, одновременно наводимых в диаметрально противоположных боковых ветв х,цилиндрической рамки 5.From FIG. 2, where the winding directions are shown sequentially according to the included sections 16 of the frame 5, and from deig, 3, which shows the directions of the stresses induced in the frame 5, it can be seen that the electromotive forces arising in the diametrically opposite sides of the frame 5, when they pass synchronously through the linear air gaps of the symmetrical shunts 14 of the magnetic core 1, have opposite directions. On the current collector 7 connected to the input of the amplifier 8, this results in a bipolar pulse signal whose repetition period is determined by the frequency of rotation of the frame 5 (3000 rpm), and the level by the difference of electromotive forces simultaneously induced in diametrically opposite directions side branches x, cylindrical frame 5.

В рассмотренном случае предварительной тарировки устройства, когда помощью клиновидной рейки 11 устанавливаетс равенство магнитных потоков в верхнем и нижнем контурах 18,19 магнитопровода 1 и соответственно в линейных зазорах магнитных шунтов 14 импульсные ЭДС, синхронно наводимые в диаметрально противоположных боковых сторонах вращак цейс рамки 5, взаимно уравновешивают и компенсируют друг друга, обуславлива нуле- вой сигнал на входе усилител 8 и нулевое положение стрелки индикатора 10.In the considered case of preliminary calibration of the device, when using a wedge-shaped rake 11, equality of magnetic fluxes in the upper and lower circuits 18,19 of the magnetic core 1 and, respectively, in the linear gaps of the magnetic shunts 14 pulsed EMF synchronously induced in the diametrically opposite lateral sides of the frame 5, is established, mutually balance and compensate each other, causing a zero signal at the input of the amplifier 8 and the zero position of the arrow indicator 10.

После указанной предварительной тарировки устройства в подлежащее контролю пустотелое изделие 4 помещают вспомогательный ферромагнитный шарик 21, а само изделие, 4 ввод т в рабочий зазор 2 магнитопровода 1, устанавлива подлежащий толщиномет- рии участок стенки издели 4 непосрественно у вершины вьтуклого наконечника 15 магнитопровода 1.After this preliminary calibration of the device, an auxiliary ferromagnetic ball 21 is placed into the hollowing product 4 to be inspected, and the product itself, 4 is inserted into the working gap 2 of the magnetic core 1, and the wall 4 of the product 4 to be thickness gauged immediately at the top of the round tip 15 of the magnetic core 1.

Под вли нием исходно близкого к. конусно-радиальной конфигурации маг- нитчого пол , формируемого между наконечниками 15 магнитопровода 1, ферромагнитный шарик 21 прижимаетс транзитно проход щим сквозь изделие 4 посто нным магнитным потоком к элементу внутренней поверхности стенки издели 4 - против вершины выпуклого окончани наконечника 15 магнитопровода 1 .Under the influence of the initially close to. Conical-radial configuration of the magnetic field formed between the tips 15 of the magnetic circuit 1, the ferromagnetic ball 21 is pressed by a constant magnetic flux passing through the product 4 to the element of the inner surface of the wall of the product 4 - against the top of the convex end of the tip 15 magnetic circuit 1.

Поскольку в силу особенностей структуры магнитопровода 1 его эквивалентное сопротивление дл посто нного магнитного потока, протекающегоSince, due to the peculiarities of the structure of the magnetic circuit 1, its equivalent resistance for a constant magnetic flux flowing

в рабочем зазоре 2 между наконечниками 15, строго определ етс пространственной ориентацией ферромагнитного агента вдоль продольной оси ра бочего зазора 2, то при фиксировании ферромагнитного шарика 21 на различных рассто ни х от выпуклого наконечника 15 (рассто ни х, определ емых толщиной стенки издели на контролируемых его участках) разность величин посто нн-ьпс магнитных потоков, протекающих через контУры 18 и 19, магнитопровода 1 и соответственно разность магнитных потоков , пересекающих диаметрально противоположные боковые стороны рамки 5 в линейных зазорах магнитопровода 1, четко и однозначно отражает толщину стенки исследуемого издели 4 на его контролируемом участке в сооветствии со степенью перераспределени посто нных магнитных потоков, протекающих через зазоры магнитньтх шунтов 14.in the working gap 2 between the tips 15, is strictly determined by the spatial orientation of the ferromagnetic agent along the longitudinal axis of the working gap 2, when the ferromagnetic ball 21 is fixed at different distances from the convex tip 15 (distances determined by the wall thickness of the product at controlled in its sections) the difference between the magnitudes of the constant magnetic fluxes flowing through the contours 18 and 19 of the magnetic circuit 1 and, accordingly, the difference of the magnetic fluxes intersecting the diametrically opposite lateral sides us frame 5 in linear magnetic gaps 1, clearly and unambiguously reflects wall thickness of the test article 4 at its controlled portion a description complies with the degree of redistribution of permanent magnetic fluxes flowing through the gaps 14 magnitnth shunts.

Двупол рный периодический импульный сигнал, создаваемый разностью наводимьцс в диаметрально противопо- ложных боковых сторонах вращающейс рамки 5 электродвижущих сил при введении контролируемого издели 4 с шариком 21 в рабочий зазор 2- маг- нитопровода 1 поступает с выхода цилиндрической рамки 5 через токосъемник 7 на вход усилител 8, после чего усиленный двупол рный им- ; пульсный сигнал детектируетс детектором 9 и подаетс на стрелочный индикатор 10, показани которого отвечают толшзлне стенки издели 4 на контролируемом участке.The bipolar periodic impulse signal generated by the difference in the diametrically opposite sides of the rotating frame 5 of the electromotive force when a controlled product 4 with ball 21 is inserted into the working gap 2 of the magnetic circuit 1 is fed from the output of the cylindrical frame 5 through the current collector 7 to the amplifier input 8, after which the enhanced two-pole im-; the pulse signal is detected by the detector 9 and is fed to the dial indicator 10, the readings of which correspond to the thick walls of the product 4 in the monitored area.

Устанавлива исследуемое изделие 4 подлежащими контролю участками у вершины выпуклого наконечника 15 магнитопровода 1, по шкале индикатора 10 последовательно определ ют значени толщины стенок издели дп произвольной совокупности точек на поверхности этого издели .By setting the test product 4 to be controlled by the sections at the top of the convex tip 15 of the magnetic core 1, on the scale of the indicator 10, the values of the wall thickness dp of an arbitrary set of points on the surface of this product are determined.

В отличие от известных методов и средств рассматриваемого назначени , используюп х дл толщинометрии изделий посто нный магнитный поток, описываемый способ и реализующее его устройство обеспечивают возможность как дискретной, так и след щей непрерывной толщинометрии стенок полых и открытых изделий вдоль любого задаваемого их профил .Unlike the known methods and means of this purpose, using constant magnetic flux for the thickness measurement of products, the described method and the device implementing it provide the possibility of both discrete and continuous continuous thickness measurements of the walls of hollow and open products along any given profile.

Плавно перемеща исследуемое изделие 4 относительно дифференциального магнитопровода 1 так, чтобы вершина выпуклого наконечника 15 магнитопровода 1 проходила вдоль линии на поверхности издели , соответствующей подлежащему контролю профилю стенки издели 4, по шкале стрелочного индикатора 10 получают плавно измен ющиес показани , отвечающие текущим значени м магнитного соцротивлени рабочего зазора 2 магнитопровода 1 при различных пространственных положени х в нем вспо- могательного агента (щарика), т.е. положени х, определ емых текущими значени ми толщины стенки издели на ее последовательно проходимых участках.Moving the test article 4 smoothly relative to the differential magnetic circuit 1 so that the top of the convex tip 15 of the magnetic circuit 1 runs along a line on the surface of the product, corresponding to the profile of the wall 4 of the product 4 to be controlled, on the scale of the dial indicator 10 get smoothly varying values corresponding to the magnetic co-resistance The working gap 2 of the magnetic circuit 1 at different spatial positions in it of the auxiliary agent (ball), i.e. the positions determined by the current values of the wall thickness of the product on its successively traversed areas.

В случае подключени к вьссоду детектора 9 самописца 22 с помощью рассматриваемого устройства может быть получена непрерывна крива - профилограмма, характеризующа за- кон.изменени толщины стенки контролируемого Издели 4 вдоль задаваемой на его поверхности кривой.If the detector 9 of the recorder 22 is connected to the detector using the device under consideration, a continuous curve can be obtained — a profilogram characterizing the law of changing the wall thickness of the tested Part 4 along the curve defined on its surface.

Оперативность и непрерывность измерений при зтом достигаютс предварительной градуировкой шкалы стре- Лочного индикатора 10 непосредственно в единицах контролируемого параметра - толщины, что обеспечиваетс с помощью набора калиброванных по толщине эталонных образцов - пластин последовательно вводимых при предварительной градуировке устройства между вершиной вьтуклого наконечника 15 магнитопровода 1 и ферромагнитным шариком 21.Efficiency and continuity of measurements at this time are achieved by preliminary graduation of the scale of the Straight Indicator 10 directly in units of the parameter being monitored - thickness, which is provided by using a set of standard calibrated thickness samples - plates sequentially entered during the preliminary calibration of the device between the tip of the curved tip 15 of the magnetic circuit 1 and ferromagnetic ball 21.

Градуировка шкапы стрелочного ин- дикатора tO, произведенна с помощью .набора эталонных образцов-пластин, изготовленных из какого-либо одного диамагнитного материала, остаетс при этом справедливой дл толщино- метрии изделий, выполненных из лю- бых других диамагнитных материалов, что нар ду с единством и универсальностью шкалы прибора опред(ел ет непосредственную В1одачу устройством результатов измерений в единицах контролируемого параметра независимо от электрофизических характеристик материала исследуемых изделий.The graduation of the tO switch cabinets, produced using a set of reference plate samples made from any one diamagnetic material, remains valid for thickness gauging of products made from any other diamagnetic materials, along with the unity and versatility of the instrument scale determines (direct testing by the device the measurement results in units of the parameter being monitored, regardless of the electrophysical characteristics of the material of the products under study.

Claims

1. Method of thickness measurement of hollow walls with difficult access to the cavity, consisting

in that from the outer side of the controlled product a source of magnetomotive force is inserted, an auxiliary ferromagnetic agent is inserted inside the product, which is pressed against the inner surface of the controlled wall of the product by the magnetic field of the source of the magnetically moving force, in order to increase the resolution and measurement efficiency, the magnetic field of the source of the magnetomotive force is divided into two constant in the direction of the magnetic flux, previously in the circuit of the first magnetic flux an auxiliary ferromagnetic agent is installed in a fixed position, the resistance of the circuit of the second magnetic flux is measured until the values of both magnetic fluxes are equal, the product with the magnetic agent placed in it is inserted into the contour of the first magnetic flux in such a way that the magnetic flux passes successively through the controlled wall, ferromagnetic element and the opposite wall of the product, and the thickness of the test wall is judged by the degree of redistribution of the magnetic flux between the contours

2. A device for thickness gauging the walls of hollow products with difficult access to a cavity containing a F-shaped magnet core with two gaps, one of which is designed to accommodate a controlled product, and with an excitation winding on the middle rod and a power source, characterized in that In order to ensure continuous measurement, increasing its accuracy and performance, it is equipped with a cylindrical bipolar frame with a drive and a current collector connected to the current collector in series alternator, detector and indicator, as well as an air gap variator, made in the form of a wedge-shaped ferromagnetic rail, installed in the second gap with the possibility of rotation relative to the magnetic circuit.

a direct current source is made in the form of a controlled direct current stabilizer, the first output of which is connected to the excitation winding, and the second output is driven by a bipolar frame, and the side branches of the magnetic circuit near the central rod are made with shunts and linear air gaps in which cylindrical bipolar frame.

3. Device. On item 2, about tl and - cha eu. the fact that the pole

and 12 5.h 2 888

The tips of the magnetic core, forming the gap for the controlled product, are made in B1 than the concentric spherical surfaces.

4, the device according to claim 2, wherein the frame is composed of two symmetric sections of the windings of semi-cylindrical shape, having a mirror winding and connected. consistently - according to - but.

22

FIG. 2

FIG. 3

Editor H, Shvydka

Compiled by I. Keso

Tehred L. Kravchuk Proofreader M. Samborska

Order 4709/43 Circulation 670 Subscription

VNIIPI USSR State Committee

for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4