close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16057

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16057
(13) C1
(19)
G 01N 27/72
(2006.01)
СПОСОБ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ
ПОВЕРХНОСТНО-УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ
ФЕРРОМАГНИТНОГО ИЗДЕЛИЯ
(21) Номер заявки: a 20100929
(22) 2010.06.17
(43) 2012.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт прикладной
физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Автор: Матюк Владимир Федорович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 12437 C1, 2009.
BY 10698 C1, 2008.
BY 4672 C1, 2002.
RU 2044311 C1, 1995.
SU 1631397 A1, 1991.
JP 4192333 B2, 2008.
BY 16057 C1 2012.06.30
(57)
Способ магнитного контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия, в котором эталонное изделие и контролируемое изделие последовательно перемещают сквозь область с неоднородным стационарным магнитным полем, достаточным
для их намагничивания до технического насыщения и совпадающим по направлению с их
продольной осью, измеряют после выхода изделий из области влияния магнитного поля величины остаточного магнитного потока Фrэ в эталонном и Фr в контролируемом изделиях, а
затем определяют искомую толщину по заранее установленной корреляционной зависимости с учетом измеренных величин, отличающийся тем, что в качестве эталонного используют изделие без упрочненного слоя, в процессе движения эталонного и контролируемого
Фиг. 1
BY 16057 C1 2012.06.30
изделий сквозь область с неоднородным стационарным магнитным полем измеряют величины максимального магнитного потока Фmэ в эталонном и Фm в контролируемом изделии, а в качестве указанной корреляционной зависимости используют зависимость,
связывающую искомую толщину с вычисленной суммой (Ф mэ − Ф m ) / Ф m + (Ф r − Ф rэ ) / Ф r
относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков.
Изобретение относится к области исследований физических свойств материалов и
сплавов с использованием электрических и магнитных измерений и может быть использовано для неразрушающего контроля толщины упрочненного слоя ферромагнитного изделия на машиностроительных предприятиях, осуществляющих поверхностное упрочнение
изделий из ферромагнитных материалов.
Известен способ контроля толщины поверхностно-упрочненных слоев ферромагнитных изделий [1], при котором контролируемое изделие перемагничивают изменяющимся
магнитным полем, измеряют величины намагниченностей на восходящем и нисходящем
участках петли гистерезиса при заданном магнитном поле, определяют из разность, среднее значение и по отношению разности к среднему значению судят о толщине поверхностно-упрочненного слоя.
Недостатком данного способа является невысокая достоверность контроля толщины
поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия, движущегося в технологическом потоке, связанная с сильным влиянием нестабильности положения контролируемого
изделия в измерительной катушке преобразователя на погрешность определения моментов времени достижения перемагничивающим полем заданного значения на восходящей и
нисходящей ветвях петли магнитного гистерезиса и на точность определения отношения
разности двух близких по величине значений намагниченности на восходящем и нисходящем участках этой петли к их среднему значению.
Известен также способ контроля толщины поверхностно-упрочненных слоев ферромагнитных изделий [2], состоящий в перемагничивании контролируемого изделия изменяющимся магнитным полем, измерении величин намагниченностей на восходящем и
нисходящем участках петли гистерезиса при заданном магнитном поле, определении их
разности и среднего значения, измерении коэрцитивной силы контролируемого изделия и
определении толщины поверхностно-упрочненного слоя по произведению коэрцитивной
силы на отношение разностей намагниченностей на восходящем и нисходящем участках
петли гистерезиса к их среднему значению.
Недостатком данного способа является невысокая достоверность контроля толщины
поверхностно-упрочненного слоя ферромагнитного изделия, движущегося в технологическом потоке, связанная с сильным влиянием нестабильности положения контролируемого
изделия в измерительной катушке преобразователя на погрешность определения моментов времени достижения перемагничивающим полем заданного значения на восходящей и
нисходящей ветвях петли магнитного гистерезиса, момента равенства нулю намагниченности в изделии при измерении коэрцитивной силы и на точность определения отношения
разности двух близких по величине значений намагниченности на восходящем и нисходящем участках этой петли к их среднему значению.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ магнитного контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя протяженного ферромагнитного изделия [3], в котором контролируемое изделие и эталонное изделие с заданной
толщиной поверхностно-упрочненного слоя последовательно перемещают сквозь область с
неоднородным стационарным магнитным полем, достаточным для их намагничивания до
технического насыщения и совпадающим по направлению с их продольной осью, извлекают изделия из области действия магнитного поля и поочередно помещают их в измеритель2
BY 16057 C1 2012.06.30
ную обмотку с последующим удалением из нее, интегрируют два однополярных импульса
электродвижущей силы (ЭДС) измерительной обмотки, соответствующие времени удаления из нее контролируемого и эталонного изделия, и определяют искомую толщину на основании заранее определенной корреляционной зависимости, связывающей ее с разностью
результатов интегрирования для эталонного и контролируемого изделий.
Недостатком данного способа является невысокая достоверность контроля ферромагнитных изделий с толщиной поверхностно-упрочненного слоя менее 2 мм, связанная с
низкой чувствительностью остаточного магнитного потока к изменению толщины этого
слоя в области малых ее значений.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение достоверности
контроля ферромагнитных изделий с малой толщиной поверхностно-упрочненного слоя.
Сущность изобретения заключается в том, что эталонное изделие без упрочненного
слоя из числа контролируемых и контролируемое изделие последовательно перемещают
сквозь область с неоднородным стационарным магнитным полем, достаточным для их намагничивания до технического насыщения и совпадающим по направлению с их продольной осью, в процессе движения эталонного и контролируемого изделий сквозь
область с неоднородным стационарным магнитным полем измеряют величины максимального магнитного потока Фmэ в эталонном и Фm в контролируемом изделиях, измеряют после
выхода изделий из области влияния магнитного поля величины остаточного магнитного потока Фrэ в эталонном и Фr в контролируемом изделиях, а затем определяют искомую толщину по заранее установленной корреляционной зависимости с учетом измеренных
величин, причем в качестве указанной корреляционной зависимости используют зависимость, связывающую искомую толщину с вычисленной суммой (Фmэ - Фm)/Фm + (Фr - Фrэ)/Фr
относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков.
В отличие от прототипа по данному способу в качестве эталонного используют изделие без упрочненного слоя, дополнительно измеряют в процессе движения изделия сквозь
область с неоднородным стационарным магнитным полем величину максимального магнитного потока Фmэ в эталонном и Фm в контролируемом изделиях, вычисляют сумму
(Фmэ - Фm)/Фm + (Фr - Фrэ)/Фr относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков, а искомую толщину поверхностно-упрочненного слоя определяют по заранее установленной корреляционной зависимости между ней и суммой относительных
изменений максимального и остаточного магнитных потоков.
Это позволяет повысить достоверность контроля ферромагнитных изделий с толщиной поверхностно-упрочненного слоя менее 2 мм за счет дополнительного измерения величины максимального магнитного потока Фm, который в совокупности с величиной
остаточного магнитного потока Фr и в сравнении с предварительно измеренными значениями максимального магнитного потока Фmэ и остаточного магнитного потока Фrэ эталонного изделия из числа контролируемых, у которого отсутствует упрочненный слой,
обеспечивает высокую чувствительность суммы (Фmэ - Фm)/Фm + (Фr - Фrэ)/Фr относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков к толщине поверхностно-упрочненного слоя контролируемого изделия в широком диапазоне его изменения.
На фиг. 1 представлена одна из возможных структурных схем устройства для реализации способа по заявке.
На фиг. 2 представлены зависимости информативного параметра по прототипу (разницы остаточного магнитного потока контролируемого - Фr и эталонного - Фrэ изделий) от
толщины h поверхностно-упрочненного слоя стержня диаметром 10 мм из стали 45 при
разной толщине поверхностно-упрочненного слоя эталонного изделия hэ (1 - hэ = 0 мм,
Фrэ = 0,25 мкВб; 2 - hэ = 2,5 мм, Фrэ = 0,74 мкВб; 3 - hэ = 3 мм, Фrэ = 1,03 мкВб; 4 - hэ =
3,5 мм, Фrэ = 1,47 мкВб; 5 - hэ = 4 мм, Фrэ = 2,12 мкВб; 6 - hэ = 5 мм, Фrэ = 2,89 мкВб.
3
BY 16057 C1 2012.06.30
На фиг. 3 представлены зависимости суммы (Фmэ - Фm)/Фm + (Фr - Фrэ)/Фr относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков от толщины h поверхностно-упрочненного слоя стержня диаметром 10 мм из стали 45.
Способ осуществляют следующим образом.
Эталонное изделие из числа контролируемых без упрочненного слоя перемещают
сквозь область с неоднородным стационарным магнитным полем, достаточным для его намагничивания до технического насыщения и совпадающим по направлению с его продольной осью. В процессе движения эталонного изделия сквозь эту область измеряют величину
максимального магнитного потока Фmэ, а после выхода из области влияния магнитного поля
- величину остаточного магнитного потока Фrэ и запоминают измеренные величины до смены типа контролируемого изделия. После этого перемещают контролируемое изделие
сквозь область с неоднородным стационарным магнитным полем, достаточным для его намагничивания до технического насыщения и совпадающим по направлению с его продольной осью, измеряют в процессе движения изделия сквозь эту область величину
максимального магнитного потока Фm, а после выхода из области влияния магнитного поля
- величину остаточного магнитного потока Фr, вычисляют сумму (Фmэ - Фm)/Фm + (Фr Фrэ)/Фr относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков, а искомую толщину поверхностно-упрочненного слоя определяют по заранее установленной
корреляционной зависимости между ней и суммой относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков.
Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, показанного на
фиг. 1.
Устройство содержит намагничивающую катушку 1, подсоединенную к источнику 2
постоянного тока и соосную с направляющей 3, через которую пропускается контролируемое (или эталонное) изделие 4, последовательно соединенные измерительную обмотку
5, расположенную соосно с направляющей 3 вне зоны влияния намагничивающей катушки 1, и измерительный канал 6, последовательно соединенные дополнительную измерительную обмотку 7, расположенную в центральном сечении намагничивающей катушки 1,
и дополнительный измерительный канал 8, блок 9 обработки, входы которого соединены с
выходами измерительных каналов 6 и 8, а выход - со входом блока 10 индикации.
Способ реализуется следующим образом. Постоянный ток источника 2 постоянного
тока, проходя через намагничивающую катушку 1, создает внутри нее постоянное магнитное поле. Эталонное изделие 4 в процессе движения по направляющей 3 сквозь намагничивающую катушку 1 намагничивается этим полем до состояния технического
насыщения. В процессе движения сквозь область с намагничивающим полем эталонное
изделие пересекает сечение дополнительной измерительной обмотки 7, вызывая изменение во времени сцепленного с ней магнитного потока, индуцируя в ней сигнал, пропорциональный скорости изменения магнитного потока. Этот сигнал поступает на
дополнительный измерительный канал 8, где из него выделяется и интегрируется однополярный импульс напряжения. Величина проинтегрированного сигнала будет пропорциональна величине максимального магнитного потока Фmэ. Выходя из зоны влияния
магнитного поля намагничивающей катушки 1, эталонное изделие 4 пересекает сечение
измерительной обмотки 5, вызывает изменение сцепленного с ней магнитного потока, индуцируя в ней сигнал, пропорциональный скорости изменения магнитного потока. Этот
сигнал поступает на измерительный канал 6, где из него выделяется и интегрируется однополярный импульс напряжения. Величина проинтегрированного сигнала будет пропорциональна величине остаточного магнитного потока Фrэ. Величины Фmэ и Фrэ поступают
на блок 9 обработки и запоминаются им до смены типа контролируемого изделия.
Затем сквозь направляющую 3 пропускается контролируемое изделие 4. В процессе
движения сквозь область с намагничивающим полем контролируемое изделие пересекает
сечение дополнительной измерительной обмотки 7, вызывая изменение во времени сцеп4
BY 16057 C1 2012.06.30
ленного с ней магнитного потока, индуцируя в ней сигнал, пропорциональный скорости
изменения магнитного потока. Этот сигнал поступает на дополнительный измерительный
канал 8, где из него выделяется и интегрируется однополярный импульс напряжения. Величина проинтегрированного сигнала будет пропорциональна величине максимального
магнитного потока Фm. Выходя из зоны влияния магнитного поля намагничивающей катушки 1, контролируемое изделие 4 пересекает сечение измерительной обмотки 5, вызывает изменение сцепленного с ней магнитного потока, индуцируя в ней сигнал,
пропорциональный скорости изменения магнитного потока. Этот сигнал поступает на измерительный канал 6, где из него выделяется и интегрируется однополярный импульс напряжения. Величина проинтегрированного сигнала будет пропорциональна величине
остаточного магнитного потока Фr. Величины Фm и Фr поступают на блок 9 обработки и
запоминаются им до начала контроля следующего изделия.
Поступившие на входы блока 9 обработки сигналы обрабатываются этим блоком по
алгоритму (Фmэ - Фm)/Фm + (Фr - Фrэ)/Фr и поступают на вход блока 10 индикации.
В последующем процесс повторяется без измерений на эталонном изделии до смены
типа контролируемого изделия.
Из фиг. 2 видно, что при измерении только остаточного магнитного потока Фr контролируемого изделия в сравнении с остаточным магнитным потоком Фrэ эталонного изделия
чувствительность к толщине упрочненного слоя в области 0-2 мм не превышает
0,15 мкВб/мм или примерно 6 % изменения информативного параметра на 1 мм изменения толщины упрочненного слоя. Применение в качестве эталона изделия с разной толщиной упрочненного слоя не влияет на чувствительность информативного параметра к
толщине этого слоя для контролируемых изделий, а только параллельно сдвигает градуировочные зависимости.
При измерении по данному способу (фиг. 3) высокая чувствительность (примерно 2530 % изменения суммы (Фmэ - Фm)/Фm + (Фr - Фrэ)/Фr относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков на 1 мм изменения толщины упрочненного
слоя) достигается во всем диапазоне изменения толщины поверхностно-упрочненного
слоя контролируемого изделия, что повышает достоверность контроля изделий с толщиной упрочненного слоя менее 2 мм.
Эффективность предлагаемого способа заключается в дополнительном измерении величины максимального магнитного потока Фm, который в совокупности с величиной остаточного магнитного потока Фr и в сравнении с предварительно измеренными значениями
максимального магнитного потока Фmэ и остаточного магнитного потока Фrэ эталонного
изделия из числа контролируемых, у которого отсутствует упрочненный слой, обеспечивает высокую чувствительность суммы (Фmэ - Фm)/Фm + (Фr - Фrэ)/Фr относительных изменений максимального и остаточного магнитных потоков к толщине поверхностноупрочненного слоя контролируемого изделия и, следовательно, повышает достоверность
контроля.
Источники информации:
1. Патент Республики Беларусь 3215, 1999.
2. Патент Республики Беларусь 3552, 2000.
3. Патент Республики Беларусь 12437, 2009.
5
BY 16057 C1 2012.06.30
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
126 Кб
Теги
by16057, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа