УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОВЕРКИ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ
DEVICE AND METHOD OF CHECKING SURFACE PROPERTY

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для проверки свойства поверхности и способу проверки свойства поверхности, предназначенным для неразрушающей проверки состояния обработки поверхности обработанного материала, подвергнутого такой обработке поверхности, как дробеструйная обработка, термическая обработка или азотирование.
Уровень техники
Обработка поверхности, например, поверхностное упрочнение за счет термической обработки, азотирования и т.д., либо дробеструйная обработка или тому подобное, применяется для стальных деталей, например, зубчатых колес и валов, используемых в качестве деталей автомобиля или тому подобного, чтобы улучшить сопротивление трению, усталостную прочность или тому подобное.
Обычно анализ свойств поверхности, например, остаточных механических напряжений и твердости, после обработки поверхности таких изделий выполняют путем проверки образцов с разрушением. Это приводит к возникновению проблемы, заключающейся в том, что не все изделия можно проверять непосредственным образом, и проверенные изделия становится невозможно использовать, так как контроль был разрушающим.
Это привело к росту потребности в создании устройства, позволяющего осуществлять неразрушающую проверку свойств поверхности изделия. В качестве примера такого устройства, в Патентном документе 1 описано устройство для неразрушающей проверки поверхности, обработанной дробью, в котором сигнал переменного тока с изменением частоты подается в проверочную электрическую схему, содержащую катушку, расположенную над поверхностью, обработанной дробью, и возникновение остаточных механических напряжений в проверяемом объекте определяется с использованием результирующей частотной характеристики полного сопротивления проверочной схемы.
Литература по известному уровню техники
Патентная литература
Патентный документ 1: Опубликованная непроверенная заявка на японский патент 2008-2973
Сущность изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
Однако, так как на элементы, используемые при измерении в электромагнитном поле магнитной проницаемости, проводимости и т.д., изменяющихся в зависимости от обработки поверхности, влияет изменение условий окружающей среды, проблема, связанная с устройством, рассмотренным в опубликованной непроверенной заявке на японский патент 2008-2973, заключалась в следующем: если среда, в которой проводилось измерение для эталонного тестового объекта, отличалась от среды, в которой проводилось измерение для тестового объекта, в частности, когда происходило изменение температуры, легко могли возникнуть ошибки измерения. Кроме того, не описан способ калибровки измеренных значений таким образом, чтобы учесть эти ошибки измерения.
Поэтому задачей настоящего изобретения является предложить устройство для проверки свойства поверхности и способ проверки свойства поверхности, позволяющие проверять состояние поверхности обработанного материала, подвергнутого такой обработке поверхности, как дробеструйная обработка, термическая обработка, азотирование и т.п., с уменьшением влияния изменения температуры или других параметров среды, в которой происходит проверка, и с хорошей точностью.
Средства решения проблем
Чтобы выполнить указанную задачу, согласно пункту 1 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, представляющее собой устройство для проверки свойства поверхности, предназначенное для проверки свойства поверхности тестового объекта, подвергнутого обработке поверхности, содержащее: мостовую схему переменного тока; источник питания переменного тока, предназначенный для подачи мощности переменного тока в мостовую схему переменного тока; и устройство анализа, предназначенное для анализа свойства поверхности тестового объекта на основе выходного сигнала мостовой схемы переменного тока, причем мостовая схема переменного тока имеет переменный резистор, выполненный с возможностью изменения соотношения распределения между первым резистором и вторым резистором, проверочный детектор, содержащий катушку, выполненную с возможностью возбуждать магнетизм, вызванный переменным током, и изготовленный таким образом, что катушка возбуждает вихревой ток в тестовом объекте, и эталонный детектор, выполненный с возможностью возбуждения вихревого тока в эталонном тестовом объекте, имеющем ту же структуру, что и тестовый объект, для определения эталонного состояния, служащего эталоном для сравнения с выходной информацией проверочного детектора, при этом первый резистор, второй резистор, эталонный детектор и проверочный детектор образуют мостовую схему; причем устройство анализа анализирует свойство поверхности тестового объекта путем сравнения выходного сигнала мостовой схемы переменного тока с заранее определенным пороговым значением при подаче мощности переменного тока в мостовую схему переменного тока, проверочный детектор измеряет электромагнитное свойство тестового объекта, и эталонный детектор определяет эталонное состояние.
Согласно пункту 1 Формулы изобретения, в тестовом объекте при помощи катушки проверочного детектора возбуждают вихревой ток, и свойства поверхности тестового объекта анализируют путем сравнения выходного сигнала, поступившего от мостовой схемы переменного тока, с пороговым значением. Это делает возможной проверку состояния поверхности с высокой точностью при использовании схемы с простой конфигурацией. Применяют способ, в котором для проверки свойства поверхности в тестовом объекте возбуждают вихревой ток, поэтому можно уменьшить влияние изменений температуры на среду проведения проверки. Так как для определения эталонного состояния в эталонном детекторе используют эталонный тестовый объект с той же структурой, что и у тестового объекта, колебания выходных значений из-за изменений в среде проведения проверки, например, температуры, влажности и магнитных явлений, для эталонного детектора будут теми же, что и для тестового объекта. Таким образом, колебания выходных значений, вызванные изменениями в среде проведения проверки, например, температуры, влажности или магнитных явлений, могут не учитываться, что повышает точность измерений. Здесь выражение "та же структура" означает те же материалы и форму, вне зависимости от того, применена ли обработка поверхности.
Кроме того, "свойства поверхности" означают "свойства в слое от поверхности до того уровня по глубине, где есть воздействие".
Согласно пункту 2 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в устройстве для проверки свойства поверхности по пункту 1 проверочный детектор содержит катушку, намотанную вокруг зоны проверки свойства поверхности тестового объекта, и вихревой ток возбуждают в тестовом объекте путем подачи мощности переменного тока в катушку от источника питания переменного тока, чтобы измерить электромагнитное свойство тестового объекта.
Согласно пункту 2 Формулы изобретения в тестовом объекте можно устойчивым образом вызывать реакцию на магнитные явления, и зону проверки свойства поверхности в тестовом объекте можно проверять за один проход. Кроме того, можно ограничить распространение вихревых токов и тепла от поверхности тестового объекта, в результате чего можно уменьшить температурные изменения в тестовом объекте и обеспечить проверку с более высокой точностью.
Согласно пункту 3 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в устройстве для проверки свойства поверхности по пунктам 2 или 3 эталонный тестовый объект представляет собой необработанный объект, к которому не была применена обработка поверхности.
В соответствии с пунктом 3 Формулы изобретения, использование в качестве эталонного тестового объекта необработанной детали, к которой не была применена обработка поверхности, позволяет увеличить выходной сигнал, в основе которого лежит отличие в состоянии поверхности относительно тестового объекта, в результате чего можно еще больше повысить точность измерений, и легче задавать пороговое значение, что является предпочтительным.
Согласно пункту 4 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым устройство для проверки свойства поверхности по любому из пунктов с 1 по 3 содержит множество проверочных детекторов и дополнительно содержит переключающее устройство, выполненное с возможностью переключения между проверочными детекторами, причем каждый из упомянутых детекторов соединен с мостовой схемой.
В соответствии с пунктом 4 формулы изобретения, имеется множество проверочных детекторов, и проверку тестируемых объектов можно проводить последовательно, используя переключающее устройство, путем переключения между проверочными детекторами, входящими в состав мостовой схемы, в результате можно сократить требуемое время от транспортировки до завершения проверки. В дополнение к этому, можно уменьшить стоимость оборудования, так как источник питания переменного тока и устройство анализа используются как общий ресурс, и не требуется предусматривать множество стоек под устройства для проверки свойства поверхности.
Согласно пункту 5 формулы изобретения, предлагается техническое решение, представляющее собой способ проверки свойства поверхности, содержащий следующие этапы: обеспечение устройства для проверки свойства поверхности по любому из пп. 1-4; этап установки, для установки проверочного детектора в заранее определенном положении относительно тестового объекта, таким образом, чтобы в тестовом объекте возбуждался вихревой ток во время подачи мощности переменного тока от источника питания переменного тока в мостовую схему переменного тока; и этап анализа для анализа свойства поверхности тестового объекта путем сравнения выходного сигнала, поступившего от мостовой схемы переменного тока, с пороговым значением при размещении эталонного тестового объекта в эталонном детекторе, причем этап установки и этап анализа выполняют для каждого тестового объекта.
Согласно пункту 5 Формулы изобретения, обеспечивают устройство для проверки свойства поверхности по любому из пп 1-4, в тестовом объекте возбуждают вихревой ток при помощи проверочного детектора, и выходной сигнал, поступивший от мостовой схемы переменного тока, сравнивают с пороговым значением (при этом эталонный тестовый объект находится в эталонном детекторе), чтобы проанализировать свойства поверхности тестового объекта. Так как для определения эталонного состояния в эталонном детекторе используют эталонный тестовый объект с той же структурой, что и у тестового объекта, колебания выходных значений из-за изменений в среде проведения проверки, например, температуры, влажности и магнитных явлений, будут для эталонного детектора теми же, что и для тестового объекта. Таким образом, можно не учитывать колебания выходных значений, вызванные изменениями в среде проведения проверки, например, температуры, влажности или магнитных явлений, что повышает точность измерений.
Согласно пункту 6 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойства поверхности по пункту 5 в качестве порогового значения в начале анализа тестового объекта используют первоначальное пороговое значение Ethi, которое определяют на основе выходного сигнала ЕА, полученного, когда необработанный объект размещен в проверочном детекторе, и на основе выходного сигнала ЕВ, полученного, когда объект с обработанной поверхностью, имеющий хорошее состояние поверхности, размещенв проверочном детекторе.
Согласно пункту 7 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойства поверхности по пункту 6 первоначальное пороговое значение Ethi определяют на основе среднего значения EAav, полученного путем усреднения выходных сигналов, когда множество необработанных объектов соответственно размещенов проверочном детекторе, и на основе среднего значения EBav, полученного путем усреднения выходных сигналов, когда множество обработанных объектов с хорошим состоянием поверхности размещено в проверочном детекторе.
Согласно пункту 8 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойств поверхности по пункту 7 первоначальное пороговое значение Ethi вычисляют по приведенной далее формуле, где σА - стандартное отклонение выходных сигналов ЕА, и σВ - стандартное отклонение выходных сигналов ЕВ:
Ethi=(EAav ⋅ σB+EBav ⋅ σA)/( σA+σB).
Согласно пункту 8 Формулы изобретения, подходящее первоначальное пороговое значение, имеющее высокую точность, можно задавать, используя небольшое число измерений.
Согласно пункту 9 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойства поверхности по любому из пунктов с 5 по 8 устройство анализа содержит запоминающее устройство, предназначенное для хранения каждого выходного сигнала, полученного при проверке свойства поверхности каждого тестового объекта, и пороговое значение обновляют на основе сохраненных выходных сигналов.
Согласно пункту 9 Формулы изобретения, пороговые значения обновляют на основе выходных сигналов, накопленных в ходе большого числа проверок тестовых объектов, в результате чего можно повысить точность порогового значения, что делает возможной проверку с высокой точностью.
Согласно пункту 10 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым способ проверки свойства поверхности по любому из пунктов с 5 по 9 дополнительно содержит следующие этапы: этап сохранения смещения, для сохранения выходного сигнала в качестве первоначальных значений смещения, выходной сигнал получают, когда в проверочном детекторе не установлен тестовый объект, причем этап установки включает этап получения выходных сигналов в качестве проверочного значения смещения до установки тестового объекта в проверочный детектор, и на этапе анализа свойство поверхности тестового объекта анализируют путем коррекции выходного сигнала, поступившего от мостовой схемы переменного тока, на основе первоначального значения смещения и проверочного значения смещения, при нахождении эталонного тестового объекта в эталонном детекторе.
Согласно пункту 10 Формулы изобретения, измерение, имеющее высокую точность, из которого удалены указанные влияния, можно выполнять, даже если напряжение смещения изменяется из-за изменений в среде проведения измерений, например, температуры, влажности и магнитных явлений.
Согласно пункту 11 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойств поверхности по пункту 10 не выполняют проверку свойства поверхности тестового объекта, когда разность напряжений, представляющая собой разность между первоначальным значением смещения и значением смещения при проверке, превышает допустимую величину, определенную на основе условий эксплуатации устройства для проверки свойства поверхности.
Согласно пункту 11 Формулы изобретения, состояние проверки можно отслеживать с использованием разности напряжений между первоначальным значением смещения и проверочным значением смещения, и конфигурация такова, что проверка свойств поверхности тестового объекта не выполняется, когда разность напряжений превышает допустимую величину, заданную на основе условий эксплуатации устройства для проверки свойства поверхности.
Согласно пункту 12 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойства поверхности по любому из пунктов с 5 по 11 устройство анализа содержит запоминающее устройство, и идентификационную информацию для каждого тестового объекта и данные проверки свойства поверхности для тестовых объектов коррелируют и сохраняют в запоминающем устройстве.
Согласно пункту 12 Формулы изобретения, идентификационную информацию для каждого тестового объекта, такую как партия, заводской номер и история, можно сохранять таким образом, что их коррелируют с данными проверки, такими как измеренное значение, результаты оценки "приемка/отбраковка", дата измерения и состояние проверки, в результате чего состояние обработки поверхности тестового объекта, которое проверено при помощи устройства для проверки свойства поверхности, можно отслеживать после дистрибуции, что гарантирует отслеживаемость.
Согласно пункту 13 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойства поверхности по любому из пунктов с 5 по 12, этап анализа включает этап обнаружения установки т тестового объекта в проверочном детекторе на основе изменений в сигнале, поступающем от мостовой схемы переменного тока, и анализ свойства поверхности тестового объекта выполняют после того, как обнаружена установка тестового объекта в проверочном детекторе.
Согласно пункту 13 Формулы изобретения, так как анализ свойств поверхности тестового объекта можно начать после обнаружения состояния установки тестового объекта в проверочном детекторе, условия проведения измерений можно сделать однородными, и можно получить устойчивые измеренные значения, в результате чего можно уменьшить изменчивость, обусловленную действиями операторов, и выполнить измерение с высокой точностью.
Согласно пункту 14 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойств поверхности по пункту 13 устройство для проверки свойства поверхности содержит множество проверочных детекторов и переключающее устройство, и переключающее устройство переключает проверочный детектор после определения того, что тестовый объект удален из проверочного детектора, с которым соединена мостовая схема переменного тока, причем удаление тестового объекта определяют на основе изменений в выходном сигнале от мостовой схемы переменного тока.
Согласно пункту 14 Формулы изобретения, так как переключение проверочного детектора выполняют после определения того, что тестовый объект удален из проверочного детектора, входящего в состав мостовой схемы, на основе изменений в сигнале, поступившем от мостовой схемы переменного тока, проверочный детектор можно переключить быстрым и надежным образом, и проверка выполняется эффективным и точным образом.
Согласно пункту 15 Формулы изобретения, предлагается техническое решение, в соответствии с которым в способе проверки свойства поверхности по любому из пунктов с 5 по 14 устройство для проверки свойства поверхности содержит множество проверочных детекторов и переключающее устройство, устройство анализа содержит запоминающее устройство, и запоминающее устройство коррелирует идентификационную информацию для проверочных детекторов, которые выполнили проверку тестового объекта, с данными проверки свойства поверхности для тестового объекта, и сохраняет эту информацию.
Согласно пункту 15 Формулы изобретения, можно коррелировать и сохранять идентификационную информацию по проверочному детектору, который выполнил проверку тестового объекта, и данные проверки свойства поверхности для тестового объекта.
Таким образом, можно обновлять калибровку измеренных значений и пороговые значения для каждого из соответствующих проверочных детекторов.
Краткое описание чертежей
Фиг.1(А) представляет собой пояснительный чертеж, на котором показана конфигурация электрической схемы устройства для проверки свойства поверхности.
Фиг.(1(В) представляет собой пояснительный чертеж в форме общего вида, иллюстрирующий конструкцию проверочного детектора.
На Фиг.2 приведена эквивалентная принципиальная электрическая схема, поясняющая выходной сигнал мостовой схемы переменного тока.
На Фиг.3 приведена блок-схема способа проверки свойства поверхности.
На Фиг.4 приведен график, поясняющий способ задания первоначального порогового значения.
На Фиг.5 приведена блок-схема способа калибровки измеренных значений.
На Фиг.6(А) приведен график, поясняющий изменение выходного значения в период от установки тестового объекта до начала измерения.
На Фиг.6(В) приведен график, поясняющий изменения выходного значения в период от завершения измерения до удаления тестового объекта.
На Фиг.7(А) приведена блок-схема, иллюстрирующая этапы от установки тестового объекта до начала измерения.
На Фиг.7(В) приведена блок-схема, иллюстрирующая этапы от завершения измерения до удаления тестового объекта.
Фиг.8 представляет собой пояснительный чертеж, на котором показана конфигурация электрической схемы устройства для проверки свойства поверхности, соответствующего второму варианту.
На Фиг.9(А) приведена блок-схема способа переключения проверочных детекторов, выполняемого в порядке (А) → (В) → (С) на Фиг.9.
На Фиг.9(В) приведена блок-схема способа переключения проверочных детекторов, выполняемого в порядке (А) → (В) → (С) на Фиг.9.
На Фиг.9(С) приведена блок-схема способа переключения проверочных детекторов, выполняемого в порядке (А) → (В) → (С) на Фиг.9.
Фиг.10 представляет собой пояснительный чертеж, схематично иллюстрирующий транспортировку тестируемых объектов к нескольким проверочным детекторам.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
Первый вариант
Устройство для проверки свойства поверхности
Как показано на Фиг.1(А), устройство 1 для проверки свойства поверхности, соответствующее варианту изобретения, содержит источник 10 питания переменного тока, мостовую схему 20 переменного тока и устройство 30 анализа.
Источник 10 питания переменного тока выполнен с возможностью подавать мощность переменного тока с переменной частотой в мостовую схему 20 переменного тока.
Мостовая схема 20 переменного тока снабжена переменным резистором 21, проверочным детектором 23, выполненным с возможностью установки катушки для возбуждения вихревого тока в тестовом объекте М, и эталонным детектором 22, выполненным с возможностью установки эталонного тестового объекта S с той же структурой, что и у тестового объекта М, для определения эталонного состояния, служащего основой для сравнения с выходной информацией проверочного детектора 23. Здесь выражение "та же структура, что и у тестового объекта М" означает те же материалы и форму, вне зависимости от того, проводилась обработка поверхности или нет.
A
Переменный резистор 21 выполнен с возможностью изменять соотношение γ распределения сопротивления R для резисторов R1 и R2. Резистор R1 и резистор R2 вместе с эталонным детектором 22 и проверочным детектором 23 образуют мостовую схему. В представленном варианте точка А, разделяющая резистор R1 и резистор R2, и точка В между эталонным детектором 22 и проверочным детектором 23 соединены с источником 10 питания переменного тока для устройства 30 анализа, а точка С между резистором R1 и эталонным детектором 22 и точка D между резистором R2 и проверочным детектором 23 соединены с усилителем 31. Чтобы уменьшить шум, эталонный детектор 22 и проверочный детектор 23 с одной стороны заземлены.
Узел 30 анализа снабжен усилителем 31, предназначенным для усиления сигнала напряжения на выходе мостовой схемы 20 переменного тока, схемой 32 определения абсолютного значения, фильтром 33 низких частот (ФНЧ), фазовым компаратором 34, предназначенным для сравнения фаз переменного напряжения, подаваемого источником 10 питания переменного тока, и напряжения на выходе усилителя 31, частотным корректором 35, предназначенным для регулирования частоты переменного напряжения, подаваемого источником 10 питания переменного тока, средством 36 оценки, предназначенным для регулирования неравновесного состояния с целью оптимизации соотношения R1 и R2 и оценки состояния "приемка/отбраковка" поверхности тестового объекта М на основе выходного сигнала ФНЧ 33, средством 37 отображения, предназначенным для отображения результатов оценки, выполненной средством 36 оценки, и выдачи предупреждающей информации по ним, и средством 38 измерения температуры, предназначенным для измерения температуры в положении анализа. Также обеспечено запоминающее устройство, внутри средства 36 оценки или в зоне, которая не показана.
Усилитель 31 соединен с точками С и D и принимает входной сигнал, представляющий собой разность электрических потенциалов между точками С и D. Схема 32 определения абсолютного значения и ФНЧ 33 соединены в указанном порядке со средством 36 оценки. Фазовый компаратор 34 соединен с источником 10 питания переменного тока, усилителем 31 и средством 36 оценки. Частотный корректор 35 соединен с источником 10 питания переменного тока и усилителем 31. Средство 36 оценки, выводя управляющий сигнал, может изменять положение точки А в мостовой схеме 20 переменного тока, т.е., может изменять соотношение γ распределения между резистором R1 и резистором R2, таким образом выполняется этап настройки переменного резистора, который описан ниже.
Средство 38 измерения температуры содержит бесконтактный инфракрасный датчик или термопару и выводит в средство 36 оценки сигнал температуры для поверхности тестового объекта М. Когда температура тестового объекта М, определенная средством 38 измерения температуры, находится в пределах заранее определенного диапазона, средство 36 оценки выносит оценку "приемка/отбраковка" для состояния обработки поверхности тестового объекта М; когда температура, определенная средством 38 измерения температуры, находится вне заранее определенного диапазона, оценка "приемка/отбраковка" для состояния обработки поверхности тестового объекта М не выносится. Это позволяет не проводить оценку "приемка/отбраковка" для состояния обработки поверхности тестового объекта, когда температура тестового объекта М влияет на точность проверки, в результате чего эту проверку можно выполнить с высокой точностью. При этом положение Ts анализа можно измерить при помощи термопары или тому подобного, и принимается решение, считать ли оценку "приемка/отбраковка" для состояния свойства поверхности тестового объекта М репрезентативным значением для температуры тестового объекта М.
В качестве эталонного детектора 22, имеющего ту же конструкцию, что и проверочный детектор 23, выступает детектор, в котором катушка намотана по внешней периферии сердечника, внутрь которого можно установить анализируемую часть тестового объекта М, причем катушка расположена напротив поверхности тестового объекта М, в непосредственной близости от нее, в результате чего в тестовом объекте М можно возбудить вихревой ток. То есть, катушка намотана таким образом, чтобы она окружала зону проверки свойства поверхности тестового объекта и располагалась напротив нее. Здесь выражение "окружает зону проверки свойства поверхности тестового объекта" подразумевает возбуждение вихревого тока в зоне проверки свойства поверхности в результате заключения внутри (оборачивания вокруг), по меньшей мере, части зоны проверки свойства поверхности.
Здесь в качестве тестового объекта М мы рассматриваем тестовый объект, содержащий зубчатую область, например, проверочный детектор 23 используется для проверки свойства поверхности зубчатого колеса G, зубчатая область которого была подвергнута обработке поверхности. Проверочный детектор 23, как показано на Фиг.1(В), содержит цилиндрический сердечник 23а, охватывающий зубчатую область зубчатого колеса G, и катушку 23b, намотанную вокруг внешней периферийной поверхности сердечника 23а. Сердечник 23а состоит из немагнитного материала, например, полимера. Отметим, что форма сердечника 23а может быть не только цилиндрической, пока внутри него можно расположить зубчатое колесо G. Также отметим, что при установке эталонного тестового объекта S для проверки, предназначенного для создания эталонного выходного сигнала, не требуется установка тестового объекта М.
Особенностью проверочного детектора 23 является то, что при оценке свойств поверхности он с высокой точностью определяет реакцию на вихревой ток, поэтому в предпочтительном случае он должен быть расположен относительно тестового объекта М таким образом, чтобы в зоне, где должны быть проверены свойства поверхности, возникали вихревые токи. То есть, предпочтительно, чтобы направление обмоток в катушке 23b совпадало с требуемым направлением протекания вихревых токов.
При дробеструйной обработке зубчатого колеса G в зубчатой области возникает слой с остаточными механическими напряжениями. При выполнении анализа для зубчатого колеса G как тестового объекта М, предпочтительно анализировать свойства не только для поверхности вершин зубьев, но также и для боковых поверхностей зубьев и поверхности канавок между зубьями. Чтобы это сделать, направление намотки катушки 23b задают, по существу, перпендикулярным оси вращения зубчатого колеса G. Так как в направлении вращения возникает магнитная петля, это позволяет возбуждать вихревой ток в направлении вращения зубчатого колеса G, в результате чего можно оценить не только поверхность вершины зуба, но также боковую поверхность зуба и поверхность канавки между зубьями. В случае обычных контактных детекторов требуется изготовление множества типов детекторов, соответствующих формам проверяемых зубьев, и нельзя проверить свойства поверхности поблизости от области контакта, но, в случае проверочного детектора 23, можно с использованием одного детектора проверять за один раз свойства большого диапазона поверхностей.
Не обязательно снабжать проверочный детектор 23 сердечником 23а, если катушка 23b может сохранять форму. Такая катушка 23b может быть создана, например, путем склеивания эмалированной медной проволоки, "намотанной" вокруг воздушного сердечника, с использованием отверждаемой эпоксидной смолы или тому подобного, или путем "наматывания" вокруг воздушного сердечника медной проволоки с теплоотверждаемой расплавляемой эмалью с последующим отверждением за счет нагрева горячим воздухом или в сушильной печи.
Проверочный детектор 23 установлен таким образом, что катушка 23b расположена напротив проверяемой поверхности тестового объекта М и окружает ее; при подаче мощности переменного тока с заранее определенной частотой в катушку 23b при помощи источника 10 питания переменного тока возникает переменное магнитное поле, и на поверхности тестового объекта М возбуждается вихревой ток, протекающий в направлении, поперечном переменному магнитному полю. Так как вихревые токи изменяются в зависимости от электромагнитных свойств слоя с остаточными механическими напряжениями, фаза и амплитуда ( импеданс) выходного сигнала, поступающей от усилителя 31, изменяются в зависимости от свойств слоя с остаточными механическими напряжениями (состояния обработки поверхности). Для выполнения проверки, с использованием этих изменений в выходном сигнале могут быть измерены электромагнитные свойства обработанного поверхностного слоя.
Также можно обеспечить магнитный экран 23с, установленный снаружи проверочного детектора 23 и окружающий тестовый объект М. При использовании магнитного экрана 23с блокируется внешнее магнитное поле, в результате чего можно повысить чувствительность при измерении электромагнитных свойств, и повышается чувствительность при измерении электромагнитных свойств, соответствующих состоянию обработки поверхности, поэтому можно более точным образом проанализировать состояние обработки поверхности для тестового объекта М.
Выходной сигнал мостовой схемы переменного тока
Далее со ссылкой на эквивалентную электрическую схему, приведенную на Фиг.2, будет рассмотрен выходной сигнал мостовой схемы 20 переменного тока, переведенной в неравновесное состояние. Эталонный тестовый объект S, предназначенный для получения эталонного выходного сигнала, установлен в непосредственной близости от эталонного детектора 22, а тестовый объект М, для которого требуется определение "приемка/отбраковка" для состояния обработки поверхности, установлен в непосредственной близости от проверочного детектора 23. При этом эталонный тестовый объект S имеет ту же структуру, что и тестовый объект М, и в предпочтительном случае используется необработанная деталь, для которой не выполнялась обработка поверхности.
A
A
A
S
S
T
T
Если соотношение распределения переменного сопротивления R равно γ, то сопротивление резистора R1 равно R/(1+γ), и сопротивление резистора R2 равно Rγ/(1+γ). Полное сопротивление эталонного детектора 22 принимается равным R+jωL, и полное сопротивление проверочного детектора 23 принимается равным R+jωL.
1
2
1
2
Предположим, что в точке А имеется электрический потенциал Е; токи возбуждения, протекающие на каждой стороне моста, когда тестовые образцы (эталонный тестовый объект S и тестовый объект М) не установлены в непосредственной близости от эталонного детектора 22 и проверочного детектора 23, соответственно, равны i и i; степень проявления магнитных явлений изменяется при установке тестовых объектов в непосредственной близости к эталонному детектору 22 и проверочному детектору 23; и токи, возникающие в ответ на величину этого изменения, соответственно, равны iα и iβ. Тогда электрические потенциалы Е1, Е2 и токи i, i возбуждения в эталонном детекторе 22 и проверочном детекторе 23 можно выразить следующими формулами в Выражениях 1-4:
Выражение 1
(1)
Выражение 2
(2)
Выражение 3
(3)
Выражение 4
(4)
Напряжение, подаваемое в усилитель 31, представляет собой разность между Е1 и Е2 и выражается следующей формулой:
Выражение 5
(5)
Из Выражений 3-5 получаем следующее выражение:
Выражение 6
(6)
Рассмотрим каждый компонент разности напряжений путем разделения правой стороны Выражения 6 на следующие компоненты А и В:
Компонент А
Компонент В
S
S
T
T
1
2
1
2
Компонент А содержит оба компонента детекторов (R+jωL), (R+jωL), и величины электрических токов, которые изменяются при установке каждого из тестовых объектов в непосредственной близости от каждого детектора, iα и iβ. Величины iα и iβ изменяются с величиной магнитных явлений, возникающих в тестовом объекте из-за электромагнитных свойств, таких как магнитная проницаемость и электрическая проводимость. По этой причине величину iα и iβ можно изменять путем изменения токов i и i возбуждения, которые управляют величиной магнитных явлений, созданных каждым детектором. Согласно Выражениям 3 и 4, токи i и i возбуждения изменяются в соответствии с соотношением γ распределения в переменном резисторе, поэтому можно изменять величину компонента А путем регулирования соотношения γ распределения в переменном резисторе.
S
S
T
T
Компонент В содержит оба компонента детекторов (R+jωL), (R+jωL), и параметр сопротивления, деленный на соотношение γ распределения в переменном резисторе. Поэтому величину компонента В можно изменять путем регулирования соотношения γ распределения в переменном резисторе тем же путем, что и для компонента А.
Когда тестовый объект М находится в заранее определенном положении, и в катушку 23b в проверочном детекторе 23 источником 10 питания переменного тока подается мощность переменного тока заранее определенной частоты, на поверхности тестового объекта М возбуждается вихревой ток, протекающий в направлении, поперечном переменному магнитному полю. Так как вихревые токи изменяются в зависимости от электромагнитных свойств слоя с остаточными механическими напряжениями, то, в зависимости от электромагнитных свойств этого слоя (состояния обработки поверхности), изменяются фаза и амплитуда (полное сопротивление) выходного сигнала, поступающего из усилителя 31. Чтобы проверить состояние слоя, на который воздействовала обработка поверхности, можно измерить электромагнитные свойства слоя с остаточными механическими напряжениями с использованием этих изменений в выходном сигнале.
Сигналы, поступающие из мостовой схемы в усилитель 31, представляют собой сигналы, полученные из разности площадей поверхности между формами сигналов напряжения эталонного детектора 22 и проверочного детектора 23, и формируют схему для сохранения неизменным тока, протекающего в детекторе (ток возбуждения). Полученный сигнал напряжения также можно считать сигналом питания. Питание, подаваемое в детектор, всегда является неизменным. Таким образом, магнитная энергия, вводимая в тестовый объект М, может поддерживаться на постоянном уровне.
Способ проверки свойства поверхности
Далее со ссылкой на Фиг.3 будет рассмотрен способ проверки свойства поверхности тестового объекта с использованием устройства 1 для проверки свойства поверхности.
Сначала на этапе подготовки S1 обеспечивают устройство 1 для проверки свойства поверхности и эталонный тестовый объект S.
Затем выполняют этап S2 настройки переменного резистора. На этапе S2 настройки переменного резистора сначала от источника 10 питания переменного тока в мостовую схему 20 переменного тока подают мощность переменного тока. В этом состоянии регулируют соотношение γ распределения в переменном резисторе 21, чтобы обеспечить высокую точность обнаружения тестового объекта устройством 1 для проверки свойства поверхности. А именно, соотношение γ распределения в переменном резисторе 21 регулируют таким образом, чтобы уменьшить выходной сигнал мостовой схемы 20 переменного тока, когда тестовый объект не установлен в непосредственной близости от проверочного детектора 23. При такой настройке переменного резистора 21 увеличивается разница в выходном сигнале между ситуацией, когда состояние обработки поверхности тестового объекта М, установленного в непосредственной близости от проверочного детектора 23, является неудовлетворительным, и ситуацией, когда состояние обработки поверхности является хорошим, и можно повысить точность измерения. Если говорить конкретно, отслеживают амплитуду выходного сигнала напряжения от мостовой схемы 20 переменного тока или выходного сигнала напряжения от ФНЧ 33 с использованием устройства отображения с функцией отображения волнового сигнала, например, осциллографа (например, содержащего средство 36 оценки) и регулируют соотношение γ распределения таким образом, чтобы уменьшить выходной сигнал. Соотношение γ распределения в переменном резисторе 21 в предпочтительном случае регулируют и задают таким образом, чтобы выходной сигнал имел минимальную величину или локальную минимальную величину (точка локального равновесия).
S
S
T
T
Регулировку соотношения γ распределения в переменном резисторе 21 выполняют, чтобы повысить точность проверки за счет увеличения выходной разности, соответствующей разнице в состояниях поверхностей, путем уменьшения разности напряжений (Е2 - Е1). Как описано выше, компоненты А и В изменяют путем регулирования соотношения γ распределения в переменном резисторе 21, в результате чего это соотношение можно отрегулировать в зависимости от полного сопротивления (R+jωL) и (R+jωL) эталонного детектора 22 и проверочного детектора 23, и можно уменьшить разность напряжений (Е2 - Е1), представляющую собой выходной сигнал мостовой схемы 20 переменного тока. Таким образом, можно уменьшить различие в свойствах между эталонным детектором 22 и проверочным детектором 23, и можно определить, по меньшей мере, в чуть большей степени свойства, присущие тестовому объекту М, что повышает точность измерений.
На этапе S3 задания частоты подают мощность переменного тока от источника 10 питания переменного тока в мостовую схему 20 переменного тока, когда эталонный тестовый объект S установлен в непосредственной близости от проверочного детектора 23; изменяют частоту мощности переменного тока, подаваемого в мостовую схему 20 переменного тока при помощи частотного корректора 35, и отслеживают амплитуду выходного напряжения в мостовой схеме 20 переменного тока или выходное напряжение ФНЧ 33.
Частотный корректор 35 выводит управляющий сигнал в источник 10 питания переменного тока, чтобы получить первоначальную частоту f1, задаваемую в этом корректоре 35, и выходное напряжение Ef1 от усилителя 31 с частотой f1 вводится в частотный корректор 35 и сохраняется. Затем в источник 10 питания переменного тока выводится управляющий сигнал, чтобы получить частоту f2, которая выше частоты f1 на заранее определенную величину, например, 100 Гц; выходное напряжение Ef2 от усилителя 31 с частотой f2 подается в частотный корректор 35 и сохраняется.
Далее, Ef1 и Ef2 сравниваются; если Ef2 > Ef1, выводится управляющий сигнал, чтобы получить частоту f3, которая выше частоты f2 на заранее определенную величину; выходное напряжение Ef3 от усилителя 31 с частотой f3 вводится в частотный корректор 35 и сохраняется. После этого сравниваются Ef2 и Ef3. Это повторяется, и частота fn, когда Efn+1 < Efn, т.е., частота fn, при которой выходной сигнал является максимальным, задается в качестве частоты, используемой на этапе S4 задания частоты и этапе S5 подачи переменного тока. Это позволяет задавать частоту при помощи единовременной операции, чтобы вызвать увеличение выходного сигнала мостовой схемы 20 переменного тока как реакцию на тестируемые объекты М с различающимися состояниями обработки поверхности или формами и различающимися полными сопротивлениями. Оптимальная частота изменяется в зависимости от материала, формы и состояния обработки поверхности тестового объекта, но когда они известны заранее, нет необходимости в задании частоты. Таким образом, возможна чувствительная реакция на изменения в состоянии обработки поверхности, и можно повысить чувствительность проверки.
Здесь этап S3 задания частоты также можно выполнять перед этапом S2 настройки переменного резистора.
На этапе S4 задания порогового значения задается пороговое значение, используемое для оценки качества поверхности тестового объекта М. Рассмотрим способ предварительного задания порогового значения (ниже - "первоначальное пороговое значение") для использования в начале анализа тестового объекта М. Сначала в непосредственной близости к эталонному детектору 22 устанавливается эталонный тестовый объект S, и от источника 10 питания переменного тока в мостовую схему 20 переменного тока подается мощность переменного тока с частотой, заданной на этапе S3 задания частоты. Напряжение на выходе мостовой схемы 20 переменного тока усиливается при помощи усилителя 31; при помощи схемы 32 определения абсолютного значения выполняется двухполупериодное выпрямление; в ФНЧ 33 выполняется преобразование в постоянный ток, и результат выводится в средство 36 оценки. Подготавливается, соответственно, от десятка до нескольких десятков необработанных тестируемых объектов и тестируемых объектов с обработанной поверхностью, и на основе выходных значений, поступивших в средство 36 оценки при установке соответствующих тестовых объектов в непосредственной близости к проверочному детектору 23, получают данные по распределению выходных значений. Это схематично показано на Фиг.4.
Первоначальное пороговое значение Ethi определяется по приведенному далее выражению, с учетом изменчивости соответствующих выходных сигналов, на основе выходного сигнала ЕА, получаемого при установке в проверочном детекторе 23 необработанного тестового объекта М, и на основе выходного сигнала ЕВ, получаемого при установке в проверочном детекторе 23 обработанного тестового объекта М с хорошим состоянием поверхности.
Распределение выходного сигнала ЕА от необработанного тестового объекта и выходного сигнала ЕВ от обработанного тестового объекта схематично показано на Фиг.4.
Выражение 7
Ethi=(EAav ⋅ σB+EBav ⋅ σA)/( σA+σB)
EAav - среднее значение выходного сигнала ЕА, EBav - среднее значение выходного сигнала ЕВ, σА - стандартное отклонение в выходном сигнале ЕА и σB - стандартное отклонение в выходном сигнале ЕВ.
Таким образом, подходящее пороговое значение, имеющее высокую точность, может быть задано при небольшом числе измерений. Это пороговое значение Ethi задается как первоначальное значение и сохраняется в средстве 36 оценки. При этом первоначальное пороговое значение Ethi имеет взаимосвязь EAmax < Ethi < EBmin с максимальным значением EAmax выходного сигнала ЕА и минимальным значением EBmin выходного сигнала ЕВ.
Отметим, что, даже когда не соблюдается указанная выше взаимосвязь, подходящее первоначальное пороговое значение Ethi можно задавать, учитывая такие факторы, как изменчивость выходного сигнала ЕА и выходного сигнала ЕВ, учитывая то, имеются ли отдельные измеренные значения, значительно отклоняющиеся от распределения, и т.д. Например, имеется способ, при помощи которого выполняют множество измерений для одних и тех же тестируемых объектов в необработанном состоянии и в состоянии с обработанной поверхностью, и повторно вычисляют используемое первоначальное пороговое значение Ethi.
В дополнение к этому, на этапе S4 задания порогового значения в средстве 36 оценки в качестве первоначального значения Ei смещения сохраняется выходной сигнал при отсутствии тестового объекта М в непосредственной близости от проверочного детектора 23.
На этапе S5 подачи переменного тока, от источника 10 питания переменного тока в мостовую схему 20 переменного тока подается мощность переменного тока с частотой, заданной на этапе S3 задания частоты. При этом в непосредственной близости от эталонного детектора 22 находится эталонный тестовый объект S.
Затем, на этапе S6 установки, тестовый объект М, для которого нужно определить состояние обработки поверхности "приемка/отбраковка", устанавливается в непосредственной близости к проверочному детектору 23, таким образом, что в нем возбуждается вихревой ток. В этот момент из мостовой схемы 20 переменного тока выводится выходной сигнал напряжения; выходной сигнал усиливается при помощи усилителя 31, выполняется его двухполупериодное выпрямление при помощи схемы 32 определения абсолютного значения, и преобразование в сигнал постоянного тока при помощи ФНЧ 33.
Перед установкой тестового объекта М в непосредственной близости к проверочному детектору 23 или после такой установки, измеряется температура поверхности тестового объекта М, и сигнал по температуре поверхности для тестового объекта М выводится в средство 36 оценки.
На этапе S7 оценки состояния проверки фазовый компаратор 34 сравнивает форму сигнала мощности переменного тока, поданного от источника 10 питания переменного тока, с формой сигнала переменного напряжения, поступившей от мостовой схемы 20 переменного тока, для определения разности их фаз. За счет отслеживания этой разницы фаз можно оценить, является ли хорошим состояние проверки (например, не нарушено относительное расположение проверочного детектора 23 и тестового объекта М). Даже если выходные сигналы от мостовой схемы 20 переменного тока являются идентичными, состояние проверки изменяется, когда имеются большие изменения в разности фаз, и можно вынести оценку, что проверка может и не быть осуществлена корректным образом. В дополнение к этому, средство 36 оценки выносит оценку "приемка/отбраковка" для состояния обработки поверхности тестового объекта М, когда температура тестового объекта М, измеренная при помощи средства 38 измерения температуры, находится в пределах заранее определенного диапазона; когда температура, измеренная при помощи средства 38 измерения температуры, выходит за пределы заранее определенного диапазона, для состояния обработки поверхности тестового объекта М оценка "приемка/отбраковка" не выносится. Здесь заранее определенный диапазон температур представляет собой диапазон температур, в котором изменения в температуре тестового объекта М не оказывают существенного влияния на проверку; он может быть задан, например, от 0°С до 60°С. Когда температура поверхности тестового объекта М выходит за пределы заранее определенного диапазона температур, могут быть предприняты различные меры, например, перевод системы в режим ожидания, либо обдувание воздухом тестового объекта М, либо перемещение тестового объекта М на другую линию без его тестирования, пока температура тестового объекта М не попадет в заранее определенный диапазон температур.
На этапе S8 вынесения оценки "приемка/отбраковка" в средство 36 оценки вводится сигнал, преобразованный при помощи ФНЧ 33 в сигнал постоянного тока; и средство 36 оценки оценивает качество поверхности тестового объекта М на основе введенного сигнала. То есть, этот этап представляет собой этап анализа, предназначенный для анализа свойств поверхности тестового объекта М на основе выходного сигнала мостовой схемы 20 переменного тока. Результаты оценки, произведенной при помощи средства 36 оценки, отображаются при помощи средства 37 отображения, и, если состояние поверхности является неудовлетворительным, выдается предупреждение.
Оценка состояния обработки поверхности тестового объекта М "приемка/отбраковка" выполняется путем сравнения выходного значения (измеренного значения), поступившего от ФНЧ 33, с пороговым значением, заданным на этапе S4 задания порогового значения. Если выходное значение (измеренное значение), поступившее от ФНЧ 33, превышает пороговое значение, средство 36 оценки выносит оценку, что состояние поверхности является хорошим; если выходное значение (измеренное значение), поступившее от ФНЧ 33, ниже порогового значения, средство 36 оценки выносит оценку, что состояние поверхности является неудовлетворительным.
Данные проверки, такие как измеренное значение, результат оценки "приемка/отбраковка", дата измерения и состояние проверки (температура, влажность, описанная ниже разность ΔЕ напряжений и т.д.) коррелируются с партией, заводским номером, историей или другой информацией, идентифицирующей каждый тестовый объект М, и сохраняются в средстве 36 оценки, входящем в состав устройства 30 анализа, или в запоминающем устройстве, которое не показано. То есть, к тестовому объекту М непосредственным или опосредованным образом могут прилагаться идентификационные метки, привязанные к каждому элементу измеренных данных. Например, может непосредственно или опосредованно воспроизводиться штрих-код или контрольный номер изделия, привязанный к измеренным данным. При корреляции измеренных данных таким образом с идентификационными обозначениями, например, штрихкодами, контрольными номерами изделий и т.д., можно следить за состоянием поверхности тестового объекта, проверенного при помощи устройства для проверки свойства поверхности, после дистрибуции, что позволяет гарантировать отслеживаемость.
При использовании описанных выше этапов можно легко и с высокой точностью выполнять проверку "приемка/отбраковка" состояния обработки поверхности тестового объекта М. Для продолжения проверки достаточно всего лишь удалить тестовый объект М и повторить этап S6 установки, этап S7 оценки состояния проверки и этап S8 вынесения оценки "приемка/отбраковка". Если тип тестового объекта М или тип обработки поверхности и т.д. изменяются, снова выполняются этап S2 настройки переменного резистора, этап S3 задания частоты и этап S4 задания порогового значения.
Проверочный детектор 23, за счет определения изменений в вихревом токе, протекающем по поверхности тестового объекта М, может косвенным образом определять изменения в сопротивлении поверхности.
При этом, если в качестве обработки поверхности выполняется дробеструйная обработка, причины изменений в вихревом токе включают деформации, измельчение структуры или возникновение дислокаций, вызванные дробеструйной обработкой, но при изменениях температуры, возникающих в среде проведения измерений (0°С - 40°С), они являются, по существу, неизменными. Магнитные изменения, обнаруженные проверочным детектором 23, вызываются изменениями в поле размагничивания вихревого тока, и, так как изменения температуры в среде проведения измерений слабо влияют на изменения при протекании вихревого тока, можно минимизировать влияние изменений температуры на точность проверки.
Так как для определения эталонного состояния в эталонном детекторе 22 используется эталонный тестовый объект, имеющий ту же структуру, что и тестовый объект М, колебания выходных значений из-за изменений в среде проведения проверки, например, температуры, влажности и магнитных явлений, будут для эталонного детектора теми же, что и для тестового объекта М.
Таким образом, колебания выходных значений, вызванные изменениями в среде проведения проверки, например, температуры, влажности или магнитных явлений, могут не учитываться, и может быть повышена точность измерений. Согласно пункту 3 Формулы изобретения, использование необработанной детали, к которой не была применена обработка поверхности, в качестве эталонного тестового объекта S, позволяет увеличить выходной сигнал, основанный на отличии в состоянии поверхности относительно тестового объекта М, поэтому точность измерений можно повысить еще больше, и легче задавать пороговое значение, что делает это предпочтительным.
Обновление порогового значения
Если имеется большая разница между выходным сигналом ЕА, когда в проверочном детекторе 23 установлен необработанный тестовый объект М, и выходным сигналом ЕВ, когда в проверочном детекторе 23 установлен тестовый объект М с обработанной поверхностью, имеющий хорошее состояние поверхности, первоначальное пороговое значение Ethi может переместиться ближе к среднему значению EAav выходного сигнала ЕА, и диапазон выходного сигнала, предназначенный для указания хорошего изделия, может увеличиться. Поэтому, если желательно задавать еще более точное пороговое значение, пороговое значение можно переустановить на основе большого количества данных проверки, накопленных при неоднократных измерениях с использованием первоначального порогового значения Ethi. Заново заданное пороговое значение в этом случае называется обновленным пороговым значением Ethn.
Задание обновленного порогового значения Ethn выполняют после проверки 100 или более тестируемых объектов М. Пример способа задания обновленного порогового значения Ethn приведен ниже. При этом выходной сигнал от тестового объекта М, проверенного с использованием первоначального порогового значения Ethi будет ЕС; его минимальное значение будет ECmin, максимальное значение - ECmax, среднее значение - ECav и стандартное отклонение - σС.
Согласно одному способу, сравниваются первоначальное пороговое значение Ethi и минимальное значение ECmin, и обновленное пороговое значение Ethn вычисляется следующим образом.
Если ECmin≤Ethi, используется первоначальное пороговое значение Ethi, без задания обновленного порогового значения Ethn.
Если ECmin > Ethi, ECmin можно задать как обновленное пороговое значение Ethn.
Также можно, используя среднее значение ECav и стандартное отклонение σ С, принять в качестве обновленного порогового значения Ethn ECav - 3σС или ECav - 4σС. Что из ECav - 3σС и ECav - 4σС использовать, необходимо оценить с учетом распределения выходного сигнала ЕС; когда ECav - 3σС или ECav - 4σС меньше или равно первоначальному пороговому значению Ethi, используется первоначальное пороговое значение Ethi, без задания обновленного порогового значения Ethn.
Обновленное пороговое значение Ethn также можно задавать на основе относительных величин минимального значения ECmin, максимального значения ECmax и среднего значения ECav. Если говорить конкретно, ситуации различают путем сравнения среднего значения от минимального значения ECmin и максимального значения ECmax (ECmin+ECmax)/2 со средним значением ECav.
Если (ECmin+ECmax)/2≤ECav: в качестве обновленного порогового значения Ethn задают ECav - 3σС.
Если (ECmin+ECmax)/2 > ECav: в качестве обновленного порогового значения Ethn задают ECav - 4σС.
При этом, если ECav - 3σС или ECav - 4σС меньше или равны первоначальному пороговому значению Ethi, используется первоначальное пороговое значение Ethi, без задания обновленного порогового значения Ethn.
Обновленное пороговое значение Ethn можно неоднократно обновлять на основе данных проверки для тестируемых объектов М, проверенных после обновления.
Например, после задания первоначального порогового значения Ethi выполнена проверка 100 тестируемых объектов М, затем проверка следующих 100 тестируемых объектов М выполнена после задания обновленного порогового значения Ethn, после чего задано новое обновленное пороговое значение Ethn на основе этих данных проверки. Новое обновленное пороговое значение Ethn может также задаваться с использованием данных проверки для всех 200 объектов.
Калибровка измерений
Измерения могут быть откалиброваны с использованием упомянутого выше первоначального значения Ei смещения и значения Eik смещения при проверке.
Как показано на Фиг.5, на этапе S101 проверочное значение Eik смещения измеряется и сохраняется в средстве 36 оценки до установки тестового объекта М на этапе S6.
На последующем этапе S102 первоначальное значение Ei смещения и проверочное значение Eik смещения сравниваются, и вычисляется разность напряжений ΔЕ=Ei - Eik. Этап S102 и последующие этапы соответствуют этапу S8 вынесения оценки "приемка/отбраковка".
На этапе S103 выполняется проверка тестового объекта М, и на этапе S104 сохраняется измеренное значение (Е2 - Е1); на этапе S105 к сохраненному измеренному значению добавляется разность ΔЕ напряжений.
На этапе S106 измеренное значение, к которому добавлена разность ΔЕ напряжений, сравнивается с пороговым значением, чтобы вынести оценку "приемка/отбраковка".
Таким образом, даже если напряжение смещения изменяется из-за изменений в среде проведения измерений, например, температуры, влажности и магнитных явлений, можно выполнить измерение, имеющее высокую точность, из которого удалены указанные влияния. То есть, измерение, имеющее подходящую высокую точность, можно выполнять при калибровке, выполняемой каждый раз для измерительного оборудования (устройства для проверки).
Если разность ΔЕ напряжений превышает допустимое значение, заданное на основе условий эксплуатации устройства 1 для проверки свойства поверхности, может быть вынесена оценка, что состояние проверки является неподходящим, например, когда имеют место большие возмущения или проблемы с устройством, в результате чего проверка может и не быть выполнена подходящим образом. В этом случае можно не проверять свойства поверхности тестового объекта М на этапе S7 оценки состояния проверки. В таких ситуациях можно проверить эталонный детектор 22 и проверочный детектор 23, удостовериться в температуре среды проведения измерений, проверить или заменить эталонный тестовый объект S и т.д. Рассматриваемые допустимые значения можно задавать как условия подходящего выполнения проверки; например, как 5% от первоначального значения Ei смещения (ΔЕ=0,05Ei).
Контроль установки и удаления тестируемого объекта
Установку тестового объекта М в проверочный детектор 23 и удаление из него можно контролировать с использованием измеренного значения En (En=E2 - E1).
Теперь со ссылкой на Фиг.6 и 7 рассмотрим способ контроля установки и удаления тестового объекта. Отметим, что на Фиг.6 приведен пример для пояснения первоначального значения Ei0 смещения и выходного значения En, который изображен схематично, поэтому это не реальное выходное значение.
Сначала, когда тестовый объект М устанавливается в проверочный детектор 23 на этапе S201, показанном на Фиг.7(А), выходное значение начинает снижаться, с первоначального значения смещения Ei0=3,000, когда тестовый объект М не установлен, как показано на Фиг.6(А).
Затем, на этапе S202, обнаруживается установка тестового объекта М в проверочный детектор 23, и определяется триггер в качестве критерия начала учета времени, который запускает запись выходных значений (начало ожидания для измерения на Фиг.6(А)).
На Фиг.6(А) момент времени, в который выходное значение становится равным 1,500, считается триггером En1 ожидания завершения установки; это обеспечивает учет времени ожидания на этапе S203. Отметим, что выходное значение (1,500), которое становится триггером En1 ожидания завершения установки, задается путем обратного вычисления, в результате чего выходное значение является устойчивым, когда истекло заранее определенное время, указанное в следующем абзаце.
По истечении заранее определенного времени ожидания, до того момента, пока выходное значение не станет устойчивым (например, 2-3 секунды), на этапе S204 выполняется измерение, и измеряется и сохраняется устойчивое выходное значение En2 (0, 370).
Так как это позволяет обнаруживать состояние установки тестового объекта М в проверочный детектор 23, т.е., тот факт, что тестовый объект М установлен в состоянии, при котором можно подходящим образом выполнить проверку, в результате чего можно начать анализ свойств поверхности тестового объекта, можно сделать однородными условия проведения измерений и получить устойчивое выходное значение En2, можно исключить изменчивость, обусловленную действиями операторов, и т.д., и выполнить измерение с высокой точностью.
Контроль удаления тестового объекта М осуществляют следующим образом.
Сначала, когда тестовый объект М удаляется из проверочного детектора 23 на этапе S301, показанном на Фиг.7(В), измеренное значение начинает повышаться от выходного значения En2, наблюдаемого, когда тестовый объект М установлен, как показано на Фиг.6(В).
Затем, на этапе S302, определяется триггер En3 ожидания завершения удаления, который служит критерием (начало ожидания завершения на Фиг.6(В)) для начала отсчета времени ожидания с целью подтверждения удаления тестового объекта. На Фиг.6(В) время ожидания учитывается на S303, с использованием в качестве триггера En3 ожидания завершения удаления того момента времени, когда измеренное значение достигает 2,500. Отметим, что выходное значение (2,500) для триггера En3 ожидания завершения удаления задается путем обратного вычисления, в результате чего выходное значение становится устойчивым, когда истекло заранее определенное время ожидания, указанное в следующем абзаце.
Когда истекло заранее определенное время ожидания (например, 2-3 секунды), до того момента, пока измеренное значение не вернется к величине, близкой к первоначальному значению Ei0, на этапе S304 измеряется и сохраняется выходное значение Ei1 (3,000). В этот момент сохраненное выходное значение Ei1 можно использовать как проверочное значение Eik смещения.
Таким образом, можно обнаружить факт удаления тестового объекта М, и следующее измерение выполняется при возврате измеренного значения в первоначальное состояние.
При использовании схемы, согласно которой контроль установки и удаления тестового объекта М выполняется описанным выше образом, устройство может иметь простую конструкцию, без необходимости обеспечивать датчик положения или тому подобное для определения того, установлен ли тестовый объект М подходящим образом относительно проверочного детектора 23. Кроме того, при применении системы, в которую включены средства транспортировки (например, конвейерная лента), предназначенные для транспортировки тестового объекта М от устройства для обработки поверхности, предназначенного для выполнения обработки поверхности, к устройству 1 для проверки свойства поверхности, или средства сортировки, предназначенные для сортировки проверенных тестируемых объектов М на хорошие и плохие детали, все, от обработки поверхности до проверки тестового объекта М, можно выполнять слаженным образом, и можно создать автоматизируемую систему.
Модифицированные примеры
Если этап S7 оценки состояния проверки не реализован, в устройстве 1 для проверки свойства поверхности можно исключить фазовый компаратор 34. Например, может быть использована конфигурация, при которой позиционирование тестового объекта М относительно проверочного детектора 23 выполняют при помощи средства определения положения, например, лазерного детектора перемещения, и с использованием оптоэлектрического датчика (лазера) или тому подобного, определяют, находится ли в заранее определенном диапазоне расстояние между осью проверочного детектора 23 и осью тестового объекта М. Фазовый компаратор 34, частотный корректор 35 или средство 37 отображения могут быть объединены в один блок, например, путем встраивания их в средство 36 оценки.
Если выходной сигнал от мостовой схемы 20 переменного тока во время выполнения измерений для тестового объекта М, является достаточно большим, можно исключить этап S2 настройки переменного резистора и этап S3 задания частоты. Если этап S3 задания частоты исключен, из устройства 1 для проверки свойства поверхности можно исключить частотный корректор 35.
Эффекты от применения первого варианта
При использовании устройства 1 для проверки свойства поверхности и способа проверки свойства поверхности, соответствующих настоящему изобретению, в тестовом объекте М катушкой 23b проверочного детектора 23 возбуждается вихревой ток, и можно проанализировать свойства поверхности тестового объекта М путем сравнения выходного сигнала, поступающего от мостовой схемы 20 переменного тока, с пороговым значением. Это делает возможной проверку состояния поверхности с высокой точностью при использовании простой по конфигурации схемы.
Так как для определения эталонного состояния в эталонном детекторе 22 используется эталонный тестовый объект S с той же структурой, что и у тестового объекта М, даже если выходные значения колеблются из-за изменений в среде проведения проверки, например, температуры, влажности и магнитных явлений, их влияние на тестовый объект М будет идентичным. Таким образом, колебания выходных значений, вызванные изменениями в среде проведения проверки, например, температуры, влажности или магнитных явлений, можно не учитывать, и точность измерений повышается. Согласно пункту 3 Формулы изобретения, использование необработанной детали, к которой не была применена обработка поверхности, в качестве эталонного тестового объекта S, позволяет увеличить выходной сигнал, основанный на отличии в состоянии поверхности относительно тестового объекта М, поэтому точность измерений можно повысить еще больше, и легче задавать пороговое значение, что является предпочтительным.
Также можно дополнительно повысить точность измерений путем задания подходящего порогового значения или калибровки измеренного значения с использованием значения смещения.
Второй вариант
Также можно, как в случае устройства 2 для проверки свойства поверхности, показанного на Фиг.8, применить конструкцию, в которой мостовая схема 20 переменного тока содержит множество проверочных детекторов 23.
Здесь показана конструкция, в которой имеется три проверочных детектора: 23А, 23В и 23С.
Проверочные детекторы 23А, 23В и 23С выполнены таким образом, что каждый из них может быть соединен посредством переключающего устройства 24 с мостовой схемой 20 переменного тока. При использовании средства 36 оценки, входящего в состав устройства 30 анализа, переключающее устройство 24 выполняет функцию переключения таким образом, чтобы один из проверочных детекторов 23А, 23В и 23С, вместе с резистором R2 и эталонным детектором 22 образовывали мостовую схему 20 переменного тока; например, можно использовать такие элементы цифровой схемы, как аналоговые переключатели, либо механические переключатели, например, тумблеры.
Переключение проверочных детекторов 23А, 23В и 23С при помощи переключающего устройства 24 выполняется с использованием следующих этапов. На Фиг.9(А), (В) и (С) приведены блок-схемы, на которых показаны этапы переключения в порядке "проверочный детектор 23А → проверочный детектор 23В → проверочный детектор 23С", которые на Фиг.9 выполняются в порядке (А) → (В) → (С). Фиг.10 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий состояние установки тестируемых объектов М в проверочных детекторах 23А, 23В и 23С.
Проверочные детекторы 23А, 23В и 23С заранее настраивают на этапах S2 - S4, показанных на Фиг.3. При этом можно повторять этапы S2 - S4 для настройки каждого проверочного детектора таким образом, что после выполнения этапов S2 - S4 для проверочного детектора 23А происходит переключение на проверочный детектор 23В, и снова выполняются этапы S2 - S4, либо можно выполнять настройку путем исполнения каждого этапа с переключением проверочных детекторов 23А, 23В и 23С.
Сначала, в первоначальном состоянии, с образованием мостовой схемы присоединяется проверочный детектор 23А.
На этапе S401 при помощи средства транспортировки начинается транспортировка тестового объекта М.
Сначала, как показано на Фиг.10(А), тестовый объект М транспортируется к проверочному детектору 23А.
На следующем этапе S402 оценивается, установлен ли в проверочном детекторе 23А тестовый объект М, транспортированный к этому детектору. Оценка того, установлен ли в проверочном детекторе 23А тестовый объект М, выполняется путем определения триггера ожидания завершения установки, проиллюстрированного этапом S202 на Фиг.7(А).
Если на этапе S402 сделана оценка ДА, тестовый объект М установлен в проверочный детектор 23А, в результате система переходит к этапу S403, выполняется проверка тестового объекта М, и сохраняется выходное значение. Здесь этап S403 соответствует этапу S204 на Фиг.7(А). Выходное значение сохраняется применительно к информации о том, была ли осуществлена проверка проверочным детектором. В данном случае, выходное значение сохраняется вместе с информацией (информацией, идентифицирующей проверочный детектор), что проверка осуществлена проверочным детектором 23А.
Если на этапе S402 сделана оценка НЕТ, тестовый объект М не установлен в проверочный детектор 23А, в результате система ожидает до тех пор, пока тестовый объект М не будет установлен в проверочный детектор 23А.
На этапе S403 тестовый объект М проверяется; на следующем этапе S404 делается оценка того, сохранено ли выходное значение проверки для тестового объекта М.
Если на этапе S404 сделана оценка ДА, значение, полученное в проверочном детекторе для тестового объекта М, сохранено, в результате система переходит к этапу S405.
Если на этапе S404 сделана оценка НЕТ, значение, полученное в проверочном детекторе для тестового объекта М, не сохранено, в результате система возвращается к этапу S403.
На следующем за этим этапе S405 оценивается, удален ли тестовый объект М из проверочного детектора 23А. Оценка того, удален ли тестовый объект М из проверочного детектора 23А, выполняется путем определения триггера ожидания завершения удаления, показанного на этапе S302 на Фиг.7(В), и учета времени ожидания на этапе S303.
Если на этапе S405 сделана оценка ДА, тестовый объект М удален из проверочного детектора 23А, в результате система переходит к этапу S406.
Если на этапе S405 сделана оценка НЕТ, тестовый объект М не удален из проверочного детектора 23А, в результате система ожидает до тех, пока тестовый объект М не будет удален из проверочного детектора 23А.
На этапе S406 создается выходное значение, позволяющее отличить этот детектор от других проверочных детекторов 23В и 23С (, как показано на этапе S304, и определяется, сохранено ли оно как выходное значение для проверочного детектора 23А.
Если на этапе S406 сделана оценка ДА, выходное значение для проверочного детектора 23А сохранено, в результате система переходит к этапу S407 (.
Если на этапе S406 сделана оценка НЕТ, выходное значение для проверочного детектора 23А не сохранено, в результате система ожидает до того момента, пока не будет сохранено выходное значение для проверочного детектора 23А.
На этапе S407 в проверочном детекторе 23, входящем в состав мостовой схемы 20, происходит переключение с проверочного детектора 23А на проверочный детектор 23В при помощи переключающего устройства 24.
Как описано выше, условия, позволяющие переключиться с проверочного детектора 23А на проверочный детектор 23В, являются следующими: после окончания проверки тестового объекта М этот объект удален из проверочного детектора 23А, и после удаления тестового объекта М из проверочного детектора 23А сохранено выходное значение.
При этом, во время выполнения процесса до этапа S407 включительно, либо после выполнения, новый тестовый объект М перемещается в проверочный детектор 23В, как показано на Фиг.10(В).
На этапах S408 - S412 обработка выполняется тем же образом, что и на этапах S402 - S406 применительно к переключенному проверочному детектору 23В.
Если на этапе S412 сделана оценка ДА, проверка тестового объекта М заканчивается, тестовый объект М удаляется из проверочного детектора 23В, и выходное значение сохраняется, в результате система переходит к этапу S413, и в проверочном детекторе 23, входящем в состав устройства 30 анализа, при помощи переключающего устройства 24 происходит переключение с проверочного детектора 23В на проверочный детектор 23С.
Отметим, что выходное значение для тестового объекта М, проверенного при помощи проверочного детектора 23В, и отдельное выходное значение для проверочного детектора 23В ставятся в соответствие проверочному детектору 23В и сохраняются.
Во время обработки до этапа S413 включительно, либо после обработки, новый тестовый объект М перемещается в проверочный детектор 23С, как показано на Фиг.10(С).
На этапах S414 - S418 обработка выполняется тем же образом, что и на этапах S402 - S406, применительно к переключенному проверочному детектору 23С.
Если на этапе S418 сделана оценка ДА, проверка тестового объекта М заканчивается, тестовый объект М удаляется из проверочного детектора 23С, и выходное значение сохраняется, в результате система переходит к этапу S419, и в проверочном детекторе 23, входящем в состав устройства 30 анализа, при помощи переключающего устройства 24 происходит переключение с проверочного детектора 23С на проверочный детектор 23А.
В дополнение к этому, выходное значение для тестового объекта М, проверенного при помощи проверочного детектора 23С, и отдельное выходное значение для проверочного детектора 23С ставятся в соответствие проверочному детектору 23С и сохраняются.
Для продолжения достаточно при выполнении проверки тестового объекта М повторить этапы, начиная с этапа S402.
Описанные выше устройство 2 для проверки свойства поверхности и способ проверки свойства поверхности включают использование множества проверочных детекторов 23; при этом в непрерывном режиме устанавливают поступающие тестируемые объекты М в проверочные детекторы 23, проверочные детекторы, входящие в состав мостовой схемы 20 переменного тока, переключают при помощи переключающего устройства 24 и последовательно выполняют операции проверки, в результате чего можно сократить требуемое время от транспортировки до завершения проверки. В дополнение к этому, так как источник 10 питания переменного тока и устройство 30 анализа используются как общий ресурс, и не требуется предусматривать множество стоек под устройства для проверки свойства поверхности, можно уменьшить стоимость оборудования. Из-за совместного использования эталонного тестового объекта S нет необходимости учитывать влияние колебаний в выходном значении, вызванных различием в характеристиках эталонных тестовых объектов S.
Так как переключение проверочных детекторов 23А, 23В и 23С выполняется на основе выходной информации от каждого проверочного детектора, переключение может быть осуществлено быстрым и надежным образом, для эффективного и точного выполнения проверки.
Кроме того, так как результаты проверки тестируемых объектов М и выходные значения только от проверочных детекторов 23А, 23В и 23С сохраняются во взаимосвязи с идентификационной информацией по этим детекторам, калибровку измеренных значений, показанную на Фиг.5, и задание нового порогового значения Ethn можно выполнять для соответствующего из проверочных детекторов 23А, 23В и 23С.
Модифицированные примеры
В представленном варианте рассмотрена конструкция с тремя проверочными детекторами 23, но изобретение этим не ограничивается, и может быть применена конструкция с необходимым числом проверочных детекторов 23. На Фиг.10 проверочные детекторы 23А, 23В и 23С показаны схематично и установленными на расстоянии друг от друга, но могут быть применены и другие конфигурации, при которых они установлены с получением единого целого, например, в многоярусной конструкции или тому подобном.
В представленном варианте настройка проверочных детекторов 23А, 23В и 23С выполняется на этапах S2 - S4, но, если проверочные детекторы 23А, 23В и 23С различаются по их устройству, можно настраивать какой-либо из них и использовать эти параметры настройки как общие.
На Фиг.10 показана конфигурация, при которой тестовые объекты М последовательно транспортируются к проверочным детекторам 23А, 23В и 23С, но изобретение этим не ограничивается; например, тестируемые объекты М могут одновременно транспортироваться к проверочным детекторам 23А, 23В и 23С.
Эффекты от применения второго варианта
При использовании устройства 2 для проверки свойства поверхности и способа проверки свойства поверхности, соответствующих второму варианту, можно обеспечить указанные далее эффекты в дополнение к тем, которые обеспечиваются при помощи устройства 1 для проверки свойства поверхности и способа проверки свойства поверхности, соответствующих первому варианту.
Устройство 2 для проверки свойства поверхности содержит множество проверочных детекторов 23, и переключение проверочных детекторов 23, входящих в состав мостовой схемы 20 переменного тока, можно выполнять при помощи переключающего устройства 24 для выполнения последовательных проверок, это сокращает требуемое время от транспортировки до завершения проверки. В дополнение к этому, так как источник 10 питания переменного тока и устройство 30 анализа используются как общий ресурс, и не требуется предусматривать множество стоек под устройства для проверки свойства поверхности, можно уменьшить стоимость оборудования.
Так как переключение проверочных детекторов 23А, 23В и 23С выполняется на основе выходной информации от каждого проверочного детектора, проверочные детекторы 23 можно переключать быстрым и надежным образом, для эффективного и точного выполнения проверки.
Ссылочные номера
1,2 - Устройство для проверки свойства поверхности
10 - Источник питания переменного тока
20 - Мостовая схема переменного тока
21 - Переменный резистор
22 - Эталонный детектор
23 - Проверочный детектор
23а - Сердечник
23b - Катушка
23с - Магнитный экран
24 - Переключающее устройство
30 - Устройство анализа
31 - Усилитель
32 - Схема определения абсолютного значения
33 - ФНЧ
34 - Фазовый компаратор
35 - Частотный корректор
36 - Средство оценки
37 - Средство отображения
38 - Средство измерения температуры
М - Тестовый объект