Одним из наиболее эффективных и экологически чистых методов неразрушающего контроля качества поверхностей качения колец является вихретоковый метод, получивший развитие в последние годы благодаря использованию для обработки данных микропроцессорной техники.
5.4.1. Структура измерительной системы с вихретоковым датчиком для проведения научных исследований
Вихретоковые методы контроля основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные катушки. Синусоидальный ток, действующий в катушках вихретокового датчика (ВТД), создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на измерительную катушку преобразователя, наводя в ней ЭДС или изменяя ее полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на зажимах катушки, получают информацию о свойствах объекта. Особенность вихретокового контроля состоит в том, что его можно проводить без контакта ВТД и объекта. Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая производительность определяют широкие возможности автоматизации вихретокового контроля. Одна из особенностей ВТД состоит в том, что на сигналы преобразователя практически не влияют влажность, давление и загрязненность газовой среды, радиоактивные излучения, загрязнение поверхности объекта контроля непроводящими веществами. Однако им свойственна малая глубина зоны контроля, определяемая глубиной проникновения электромагнитного поля в контролируемую среду. Сильное влияние на полученные результаты оказывают нелинейные искажения сигнала, подаваемого на задающую катушку. Для обеспечения универсальности установка начальных условий, а также обработка полученной информации современных преобразователей должны осуществляться при помощи компьютеров, тогда каждый режим работы преобразователя будет обрабатываться отдельной программой.
В СГТУ совместно с сотрудниками ОАО «Саратовский подшипниковый завод» обоснован и разработан метод неразрушающего контроля дефектов дорожек качения колец подшипников на основе применения вихретокового преобразователя, а также предложена система для проведения исследований. Суть способа заключается в том, что с помощью прикладываемого к контролируемой поверхности детали подшипника ВТД, включенного в колебательный контур генератора, в тонком поверхностном слое металла (15-20 мкм) возбуждаются высокочастотные вихревые токи. При сканировании датчиком поверхности, например, кольца подшипника, выделяется огибающая модулированного ее характеристиками высокочастотного сигнала ВТД. При этом выделяются переменная (ПРС) и постоянная (ПОС) составляющие этого сигнала, анализ которых с помощью ЭВМ позволяет получать информацию о дефектах поверхностного слоя деталей.
Обобщенная функциональная схема автоматизированной системы вихретокового контроля (АСВК) деталей подшипников, реализующей вышеизложенный способ, показана на рис.5.6.
 |
Рис.5.6. Функциональная схема системы автоматизированного контроля
дефектов колец подшипников
В измерительном блоке осуществляется вращение измеряемого кольца, закрепленного в патроне, от шагового привода (ШП), а многозвенный механизм системы с помощью трех ШП обеспечивает двухкоординатное перемещение ВТД по заданной траектории, что позволяет производить сканирование поверхности кольца или ролика подшипника и получать информацию о состоянии поверхностного слоя. Блок управления содержит устройства формирования команд для ШП и АЦП ввода сигналов от ВТД в компьютер. При изменении типа кольца вызывается соответствующая программа для ШП сканирования и привода вращения. Управление системой, обработка информации и ее визуализация на экране дисплея осуществляется компьютером «Pentium – IV».
Электронная часть системы, построенная на основе компьютера IBM РС, включает в свой состав блок обработки информации, блок управления приводами (БУП) перемещения датчика и вращения детали, размещенные в измерительном блоке, а также схемы связи с компьютером: интерфейс ввода-вывода (ИВВ) и интерфейсный модуль (ИМ) сопряжения с шиной IBM EISA или РСI (рис.5.7).
В состав блока обработки информации входят формирователь сигналов (ФС) от ВТД и схема аналогового ввода (САВ) полученных информационных сигналов в ЭВМ. На выходе ФС в соответствии с принципом, изложенным выше, генерируются два сигнала ПРС и ПОС, первый из которых несет информацию о дефектах поверхностного слоя колец подшипников типа «прижог» или «трещина», второй - о резком изменении твердости и других свойств. Указанные сигналы поступают соответственно на 1-й и 2-й каналы схемы аналогового ввода, содержащие на входе ключевые микросхемы КН1 и КН2, которые предохраняют схему от перегрузок и при необходимости позволяют осуществить стробирование по сигналу управления. Далее информационные сигналы подаются на устройства выборки и хранения УВХ1 и УВХ2, служащие для дискретизации входных аналоговых сигналов и подачи на вход микросхем АЦП1 и АЦП2, формирующих двоичный код амплитуды дискрет информации. Каждый такт работы схемы этот код записывается в регистры данных РД1 и РД2, откуда с помощью дешифратора адреса (ДША) считывается в канал ЭВМ, по сигналам чтение и выборка (ВЫБI,...ВЫБК). Кроме того, для синхронизации с циклом работы компьютера по сигналу ЗАПИСЬ (ЗАП) и управления УВХ1, УВХ2, АЦП1 и АЦП2 по сигналам ГОТОВНОСТЬ ДАННЫХ (ГД1, ГД2) при квантовании и преобразовании в цифровой код аналоговых сигналов (ПРС, ПОС) в САВ содержатся триггеры синхронизации ТС1, ТС2. В схеме имеются триггеры готовности ТГ1 и ТГ2, формирующие соответствующий сигнал в ЭВМ для предотвращения ошибок при чтении дискрет информационных сигналов из регистров данных.
Рис.5.7. Функциональная схема автоматизированной системы
и устройства ввода информации от ВТД в компьютер
Реализация САВ в совокупности с другими схемами и блоками всей автоматизированной системы в условиях ОАО «СПЗ» позволила при соответствующем программном обеспечении для сканирования исследуемой поверхности провести апробацию на кольцах и роликах подшипников и подтвердить эффективность способа идентификации дефектов поверхностного слоя на основе вихретокового контроля.
