автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Электромагнитные методы и средства контроля коррозионного состояния кузова автомобиля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

**

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

РГБ ОД 1 Я КОЯ ?ЛП1

Бадаев Дмитрий Николаевич

На правах,рукописи

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ КОРРОЗИОННОГО состояния КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ

Снецпадиюсп. 05.1 1.1.1. Приборы и метды контроля природной

среды, веществ, материалов п тделпй.

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой стспснн кандидата технических наук

Москва 2000 г.

Работа выполнена в Московской государственном академии приборостроения и информатики

Научный руководитель: Шатернлков В.Е.

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Дел ель А.К.

доктор технических наук, профессор Генеральный директор Межотраслевого научного центра оборонных отраслей промышленности

«А'ГАКС»

Артемьев Ю.Г.

кандидат технических наук, доцент Директор Научно-производственного центра «Гарантия» Научно-исследовательского машиностроительного института

Ведущая организация: АО «МИИТавтопром»

Защита состоится «28» июня 2000 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета К 063.93.003 в Московской государственной академии приборостроения и информатики по адресу: 107846, г. Москва, ул., Стромынка, д.20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии. Автореферат разослан «26» мая 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., доцент

В.В. Филинов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность.

В настоящее время предельного состояния ежегодно достигают десятки тысяч автомобилей, нуждающихся в посстаиовлешш работоспособности и в дальнейшем их число будет неизмеримо выше годового выпуска. Как показывает практика п анализ отечественной и зарубежной литературы, коррозионные разрушения являются в настоящее время основным видом износа кузовов легковых автомобилей практически всех моделей.

Огромные убытки от коррозии кузова стали особо ощутимы в связи с тем, что ресурсы двигателя, коробки передач, заднего моста и некоторых других агрегатов, па автомобилях последних лет выпуска по сравнению с автомобилями старых моделей резко возросли. В тоже время долговечность кузова на автомобилях многих последних моделей не только не увеличилась, но даже и снизилась. 11оэтому возникает важная проблема - необходимость обнаружения коррозионных поражений кузова и внутренних полостей, и возникающих при этом дефектов типа трещин, нарушений сплошности сварных швов и др., под слоем защитного (антикоррозийного) или лакокрасочного покрытия. Это позволило бы своевременно производить текущий ремонт кузова и продлить срок эксплуатации автомобиля, что особенно важно, если учесть то обстоятельство, что стоимость ку-юва в сборе составляет в среднем 5!% от стоимости всего автомобиля. В этой связи и возникает необходимость в применении бесконтактных, быстродействующих методов и портативных, простых в эксплуатации средств неразрушаю-щего контроля, для проведения диашостики состояния элементов кузова в условиях ангофанспорных предприятий и станций технического обслуживания автомобилей. Таким образом можно сделать вывод, что разработка прибора и методик экспресс контроля коррозионного состояния куюва автомобилей является актуальной задачей неразрушающего контроля.

1.2. Состояние проблемы.

Для решения этой задачи разработкой электромагнитных методов и средств занимается ряд отечественных п зарубежных организаций, таких как: МНПО «Спектр», МЭИ, МГЛГ1И, Самарский Государственный Аэрокосмический Университет, Институт прчкладной физики 1>ел. А.Н., ВИАМ, Институт физики металлов Уральского отделения А.И. РФ, «Фёрстер», «Роман», «Хёкииг» (Великобритания), «Зегек» (США) и др.

Эшмн фирмами создай ряд современных компьютеризированных средств контроля, типа: «ВД», «MIZ" , "Phnscc", "ülotest", "Corrotest" и др. Однако, эти приборы малопригодны для выявления и оценки степени коррозионных поражений кузова автомобиля под слоем грязи и защитных покрытий, а также во внутренних полостях коробчатых элементов несущих конструкций, т.к. на результат контроля оказывает сильное влияние неровности, кривизна поверхности, форма и размеры изделий и их изменение в широких пределах. В некоторых случаях только от изменения радиуса кривизны контролируемой поверхности в 2-3 ра?а, по1 решпоетт. определения глубины коррозии превышает (30-40)%.

1.3. Цель работы п одачп исследовании.

Петь диссертационной работы заключается в разработке портативных вихрето-kobi.ix среден! экспресс-контроля для выявления коррошонных поражений кузова автомобиля иод слоем защи тных покрытий, а также в коробчатых элементах несущих конструкций кузова.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- выполнить анализ контролепригодности основных элементов кузова автомо биля, методов и средств дефектного и коррозионного состояния;

- провести теоретические исследования электромагнитных параметров ВТП I определить закономерности их изменения в зависимости от информативны: и мешающих факторов;

получить математические расчетные соотношения и алгоритмы определеши параметров ВТП и определить оптимальные соотношения для выбора конст руктивных параметров ВТП, режимов их работы и способов контроля;

- разработать ВТП, методы и средства неразрушающего контроля и принципь автоматической коррекции погрешности ВТП;

1.4.Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложены обобщающие расчетные модели электромагнитного контрол> коррозионного состояния кузова автомобиля в виде 2-х слоГшых сфероидов г получены математические соотношения для расчета электромагнитных параметров ВТП в зависимости от их конструктивных размеров, формы, частоты тока возбуждения, свойств материала изделия и мешающих факторов;

- разработаны приближенные математические методы расчета вносимых параметров ВТП и получены алгоритмы их вычисления на ЭВМ;

- определены основные закономерности электромагнитного контроля коррозионных поражений элементов конструкций кузова автомобилей, с учетом конструктивных параметров ВТП, режимов их работы, толщины защитных покрытий и металлического листа, кривизны поверхности и электрофизических свойств контролируемого изделия;

- предложены эффективные способы контроля коррозионных поражений металлических деталей кузова, методы отстройки от мешающих факторов и автоматической коррекции погрешностей измерения, а также разработаны структурные схемы вихретоковых средств контроля

1.5. Практическая ценность работы заключается в том, что:

- даны рекомендации по разработке новых вихретоковых приборов, по выбору оптимальных параметров ВТП и режимов их работы, улучшению метрологических характеристик и снижению погрешностей измерений;

- разработаны принципы построения электромагнитных средств с автокоррекцией погрешности для экспресс-контроля коррозионного состояния элементов конструкций кузова автомобиля под слоем защитных покрытий до (3-4) мм и внутри коробчатых сечений несущих конструкций кузова;

- разработан и испытан макетный образец вихретокового прибора с комплектом ВТП для определения коррозионных поражений элементов и несущих конструкций кузова автомобиля, независимо от толщины защитных покрытий, радиуса кривизны, толщины металла и его электрофизических свойств.

1.6. Реализация и внедрение результатов работы:

- разработанные методы расчета и анализа выходных сигналов ВТП, структурные схемы устройств, действующий макет прибора ВЭТ с комплектом ВТП, используются в учебном процессе при подготовке специалистов на кафедре ТИ - 7 МГАПИ по специальности 21.03.07., а также па предприятиях автомобильной нрмышленности, таких как ОАО «Москвич» и «НИИТавтопром», для усовершенствования технологии изготовления и ремонта кузовов автомобилей и технической диагностики их состояния.

1.7. Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались па 2-х Международных научно-практических конференциях в г. Сочи, па Межвузовской научно-технической конференции в г. Сергиев-Посад, на Межвузовской научно-технической конференции «Автоматизация - 09» в г. Чехов н на 15 Российской научно-технической конференции по перазрушаютему контролю и диагностике в г. Москве, а также научно- технических семинарах в МГАПП, ВИЛМ, МНГ10 «Спектр», «НИПТав-

ТОПриМ».

1.8. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

1.9. Структура п объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 108 страницах машинописного текста, ил-пюстрируется 54 рисунками и 8 таблицами и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 117 наименований и приложения.

1.10. Основные положения, представляемые к защите:

- расчетные модели неразрушающего электромагнитного контроля коррозионного состояния кузова автомобиля, описывающие взаимодействие ВТП с объектами контроля и полученные в результате решения электромагнитных задач математические соотношения для определения вносимых параметров ВТП в зависимости от их конструктивных размеров, формы, частоты тока возбуждения, свойств материала изделия и мешающих факторов;

- основные закономерности электромагнитного контроля коррозионных поражений элементов конструкций кузова автомобилей, с учетом обобщенных параметров ВТП, режимов их работы, толщины защитных покрытий и металлического листа, кривизны поверхности и электрофизических свойств контролируемого изделия;

- методы отстройки от мешающих факторов, автоматической коррекции погрешностей измерения и структурные схемы вихретоковых средств контроля коррозионных поражений кузова автомобилей под слоем защитных покрытий.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Но введении обоснована актуальное] ь диссертационной работы, сформулированы цель исследования и решаемые задачи, указаны наиболее важные научные результаты и приведены основные положения, представляемые к защите. В первой главе проведен анализ контролепригодности основных элементов кузова лег кового автомобиля и раесмофены факторы, определяющие его коррозионную стойкость. Проведен анализ, существующих электромагнитных методов и средств контроля и как наиболее подходящий выбран вмхретоковый метод контроля, а также отмечено, что до настоящег о времени мало исследовано взаимодействие электромагнитных полей ВТП с изделиями, кривизна поверхности которых изменяется в широких пределах, что весьма характерно для деталей кузова автомобиля. Наиболее подходящими расчетными моделями для рассматриваемой задачи являются многослойное сфероидальное тело и плоская ограниченная поверхность (рис.1). В первой главе также проведен анализ существующих методов расчета этих расчетных моделей и сформулированы основные задачи теоретических и экспериментальных исследований.

№П

ятч:

т.

1'мс. I. Модели впхретокового контроля деталей кузова автомобиля. Во второй главе была рассмотрена теория расчета электромагнитных параметров вихретоковых преобразователей для вышеуказанных двух расчетных моделей. ')лек1ромагнп1пос поле описывается неоднородным уравнением Гсльмгольца для векторного потенциала поля в сфероидальной системе координат:

д,.

1

(1)

1

J+i' \-lf ff».

,ч)с ii S(i} - tf)- функции Дирака.

I - ток нитка. £ ' и //' - координаты читка с током, Ra - радиус витка.

Для решения этой задачи применяется метод разделения переменных в сочетании с теоремами сложения для волновых функций. При решении таким методом векторный потенциал результирующего' поля вне сфероидов, исходя из принципа суперпозиции, представляется в виде суммы известного векторного потенциала первичного поля //„ неизвестного векторного потенциала вторичного поля,

Л созданного вихревыми токами в многослойном сфероиде.

Векторный потенциал вторичною поля в общем случае представляется в виде бесконечного ряда элементарных волновых функций, каждая из которых должна удовлетворять условиям излучения на бесконечности. Векторный потенциал ноля внутри сфероидов находится в виде бесконечного ряда элементарных волновых

функций, не имеющих особенностей внутри сфероидов. Коэффициенты рядов определяются из граничных условий на поверхностях раздела сфероидов. Из решения уравнения (1) указанным методом для кругового витка с током /, расположенного над многослойным сфероидом, определяется векторный потенциал поля н диэлектрическом нрос гране те I, где расположен ВТП.

./, = л, +.= ///„¡~±-+' /:;('/•)/'.;('/)/',:(>?ХкШ)+£г.г.ШШ) ,,,

2а „_, /)-(/) + I) „., (2)

Здесь К = Л, ,Д| + - - радиус нитка в сфероидальной системе координат, /'.'(//). Р,',(/'£) и С?,'(./'£) - присоединенные, функции Лежапдра 1-го и 2-го рода, и £' - координаты витка с током I, (',' - постоянные коэффициенты, которые определяются из решения системы уравнений, полученных из граничных условий с учетом свойства ортогональности угловых сфероидальных функций. В практике ПК кузова автомобилей наиболее часто встречаются задачи, когда толщина стального металлического листа « 1мм, для стали //>100, частота возбуждения больше 1000 Гц, тогда эффективная глубина проникновения вихревых токов в металл меньше толщины листа и система уравнений для определения постоянного коэффициента ..(' ,, упрощается и сводится к виду:

Ус 2"(" + 1)</'

Т1 2» + 1

" * ! дм-.)

.-Ы11

и(" + \

, ,.. ч /'I М/Л.у?,) с 1

с!

(3)

Здесь Л-„(- /Л;./£,) = -4/1 +£}Я1;)

() ¡я

/С 1

Радиальные сфероидальные функции: «,',(-///,.;,)= ' ¿</!!'/:(,,,(/;,) для 1-1,3,5 - нечетных

Л, . II

[ги (- /¡1:.£2 )= -'- .....(/'^) Д]|я 1~2,4,6 - четных

Л

А, - коэффициенты, определяемые в работах Ю.И.Стеблспа и В.П.Шатерпикопа

'/''?) " последовательные коэффициенты разложения сфероидальных функций, определяемые из решения рекурсивного уравнения:

»(» -!)/;'

('I

(и ь ЗХ» 4 )/г .

+ / ч/ ч "„

(2п + + 7)

IX»+ 2)-

» (,, + 1Х»+ 2) У,(»)

:/,'" = 0 (4)

•1»-1 "" (2п + 5X2» +7) |_ (2/1+5X2»+7) Л,(/ = 1.2,3...) постоянная разделения, /; = /;,= -а,2¿22, к; = ¡л>/1„/12а,, //, и <т2 - магнитная проницаемость и удельная электропроводимость сфероида, и ;/, - координаты границ раздела поверхности сфероида (рис. 1).

В формуле (3) суммирование ве.ичея только но четным п, когда /- четное, и только по нечетным », когда / - нечетное.

Прежде чем решать систему уравнений вида (3), численно исследовалась сходимость бесконечного ряда в (2), путем оценки отбрасываемых членов ряда. Анализ по! ¡ал, что достаточно просуммировать 4 первых члена ряда, при этом погреш-

_ /7 -I

б

ность не превышает (1 + 5)% во всех областях изменения независимых перемен ных. Однако, прежде чем приступить к вычислению этих коэффициентов, необ ходимо определить коэффициенты разложения с!Ц} из решения рекурсивной уравнения (4). Точное решение этого уравнения весьма затруднительно, поэтому I работе рассмотрены приближенные методы вычисления коэффициентов 1 соответственно коэффициентов С,' для больших значений параметра .п (¡7 = -]ш/л0^11ага1)> 10и малых (Л<2), что соответствует реальным задачам элек тромагнитного контроля кузовов автомобилей.

Преобразуя рекурсивное уравнение (4) в трансцендентные уравнения относительно УУ,, получены достаточно простые точные формулы для вычисления постоянной разделения Л',(/ = 1,2,3,4), при Ь<2. Для повышения точности вычисления при Ь>2 вводится поправка методом Баукампа (т.е. Л',1" = Л',1"1 + ЛУ). Многократное применение этого метода введения поправок позволяет существенно повысить точность вычислений Л', для значений Ь~10. После определения коэффициента Доопределяются коэффициенты разложения </,' и решается система уравнений вида (3) относительно коэффициентов «Сп».

На основе полученных выражений для векторного потенциала поля рассмотрены общие теоретические положения и вывод основных формул для определения параметров предложенной модели (рис.1), которая с достатоцным^фиближением к реальным конструкциям может быть распространена на изделия ограниченных размеров, имеющих форму шара, пластины, круглого диска, деформированной сферы, цилиндра и т.п.;

Через векторные потенциалы можно рассчитать параметры электромагнитного поля, вносимые активное и реактивное сопротивления параметрических преобразователей, и величину э.д.с., наводимых в измерительных обмотках различного типа трансформаторных преобразователей.

В третьей главе был рассмотрен расчет вносимых параметров электромагнитных преобразо вателей.

Для удобства анализа аналитических выражений и обобщения результатов расчета были введены следующие безразмерные параметры:

а;=-, Я = —, /? = Я^тр0р2ог2 , а = Цг> у = - X1

Я г К Я

В соответствии с вышеизложенным, через векторный потенциал А, определены

вносимые параметры ВТП и алгоритм их расчета на ЭВМ (рис.2).

Вносимое напряжение зависит только от Аг - векторного потенциала вихревых

токов, наводимых в контролируемом изделии и определяется по формуле:

и „, = ./2,тЛ'„„>11 '„ 11X ('„ (Л,, £2 )/>„' (,/„ Х_У (¡£„) (5)

»-I

для накладного трансформаторного ВТП, с пренебрежимо малым сечением обмоток.

Получены формулы для расчета э.д.с. измерительных обмоток ВТП:

Е. = -./2™Д„1Г„1Г, X

-.///„//, / - - • -т2-'1^ • Р'Лп, Шч„) х '"ЛИ, К>Ж„)

(I П~ (/7 4- 1)

+ с„К(ч,Жи£„)

(6)

Следует отметить, что выше приведенный алгоритм с учетом преобразования в полученных выражениях величин £ -»-/<? » '' -> - ///может быть применен также для расчета вносимых параметров ВТП от воздействия электропроводящего вытянутого сфероида. Для случая, когда //, » //, получим более простое выражение для сопротивления, вносимого в мшок ферромагнитным вытянутым сфероидом:

В соответствии с вышеизложенными математическими выражениями и алгоритмами были расчитапы на ЭВМ вносимые параметры для трансформаторных ВТП, применительно к задачам контроля коррозионных поражений и утонения металлического листа, толщины защитных и лакокрасочных покрытий изделий, размеры которых соизмеримы с диаметром преобразователя и имеют различный радиус кривизны поверхности и толщин)' изделия. Расчет проводился для следующих значений обобщенных параметров:

/7 = 1- 50; а = 0.1-1: Л = 0.1 - 1.5; /л = 1 = 50: се-0,8-3. Па рис. (3-4) приведены годографы нормированных вносимых напряжений '=' ,.,,'''-<. лля различных значений обобщенных параметров. Построенные годографы позволили изучить основные закономерности при воздействии электропроводящих изделий ограниченных размеров на ВТП.

Из общего рассмотрения приведенных годографов следует, что изменение соотношений между геометрическими размерами проводящего сфероида и катушки

(г.е. параметров аг и X) вызывает значительные изменения амплитуды и фазы вносимых параметров. При этом на характер изменения вносимых параметров ВТП существенное влияние оказывает «(5» . Так с увеличением р влияние параметров ге и Л быст ро ослабевает и при р >8 и к >1,4 влияние а: весьма мало при ег о вариации ог 1,4 до 3,0 и более. В области |!<5 и А<1,() влияние а; значительно и ощущается даже при ;е_3,0, что необходимо учитывать при разработке электромагнитных средств контроля. С увеличением параметра влияние геометрических размеров па вносимые параметры уменьшается, годографы полного вносимого напряжения от "ж" и "А." для (1—сопя1 сближаются и смещаются к мнимой оси, реактивная составляющая вносимых параметров увеличивается, а активная уменьшается и при Р>3,0 и ««1 остается постоянной в области ое=1,2-оо и Х=1,0-оо, т.е. при больших значениях "(3" изменяется только модуль вносимых параметров от и 'Т\ а фаза остается постоянной. Анализ зависимостей 1/'и(а,х) для различных «(!», трансформаторных ВТП при р=5,р=30 А=сопя1

(рис.3-4) позволил установить основные закономерности электромагнитного контроля диэлектрических покрытий изделий, размеры которых соизмеримы с габаритами преобразователя, а в некоторых случаях даже меньше их (аг < 1,0). Анализ годографов (/'„ (а.\А) (рис. 4) при (3=4,0, а=0,1 показывает, что влияние «ж» на вносимые параметры при измерении «X», характеризующего толщину изделия, существенно во всем диапазоне изменения «X». Между годографами (/,'„ (а;) и

существуют углы раздела, что позволяет осуществить раздельный контроль ж и А при а=соп5и Р=сопя1. Но применение амплитудно-фазового метода обработки информации, как п рассмотреном выше случае, в широком диапазоне затруднительно, гак как величины углов раздела зависят от значений се и X.

Рис.2. Алгоритм расчета вносимых параметров ВТП.

Из приведенных годографов видно, что в области значений 0,8< а; <1,2) и Х< 0,4 годографы £/,', (ж) с достаточной степенью точности аппроксимируются

радиальной линией, исходящей из начала координат. Это обстоятельство позволяет в указанных пределах изменения ж и X осуществить одновременное подавление "краевого эффекта" п зазора при измерении толщины. Наибольшее влияние "краевого эффекта" при контроле толщин наблюдается в диапазоне изменения 0.8< и (]=г(2--3). С увеличением «ж» более 1,5 это влияние осла-

бевает; чувствительность вносимых параметров к А. увеличивается и при а:>2 она достигает максимального значения. Установленные закономерности изменения Г'„(х.Х) (рис.4),позволили разработать методы и средства контроля толщин

металлических изделий сложной формы и изменения электрофизических свойств их материала за счет коррозии или возникновения дефектов различной природы.

Рис.3. Годографы Г',', (а.\а) относительного вносимого напряжения трансформа-юриого ВТГ1, расположенного над электропроводящим сплюснутым сфероидом при [5-5; р=30 и А.= 1.

Также были расчиганы выходные сигналы В I II от воздействия плоских изделий, ог раниченных с двух сторон по методике изложенной в работах Шатерникова В.Г. Сравнение этих годографов, с ранее полученными для сфероидальных тел, пока п.щает их качественное совпадение. Поэтому все ранее установленные закономерности виуретокового контроля изделий сфероидальной формы остаются справедливыми и для этих задач контроля.

Рис.4. Годографы и'т (агД) - относительного вносимого напряжеши ВТП, расположенного над сплюснутым сфероидом, при Р=4,0; а=0,1.

Четвертая глава была посвящена экспериментальным исследов;дням и разработке средств НК кузова автомобиля.

Для экспериментальных исследований использовалась компыок рная система КОМВИС-12М с комплектом контрольных образцов различной ф рмы и размеров, с естественными и искусственными коррозионными дефектами. Данная компьютерная система позволяет исследовать годографьг вносимых напряжений ВТП с высокой точностью в реальном масштабе времени. Проведенные жеперимен-тальные исследования подтвердили правомерность сделанных дс лзцений при выборе расчетных моделей и достоверность основных теоретически положений и закономерностей полученных в этой главе, а также позволили о г оделить области наименьших погрешностей вычисления и границы применен 11 каждого из рассмотренных методов расчета параметров электромагнитных прео." )азователей. Была проведена оптимизация конструктивных параметров трап ; .шрматорных ВТП с измерительными, компенсационными и корректирующими .дмотками различного радиуса. Показано, что изменяя радиусы катушек ВТП г расстояние между ними, можно скорректировать их метрологические характер! тики так, чго при амплитудном и амплитудно-фазовом способах измерения тол шн покрытий оптимальным является соотношение радиусов измерительной и . >збуждающей обмоток -(0,3-0,5), при относительном расстоянии между ни I близким к

£ - ^ =(0,1-0,2). При разработке методов и средств контроля коррозионного состояния металлических изделии необходимо измерять следующие величины:

/<„

-толщину защитных лакокрасочных покрытии, определяемых параметром: а = . -утонение металлического лис га за счет коррозионных поражений с внешней и внутренней сторон, определяемое обобщенным параметром: Л = ~ .

-изменение электрофизических свойств материала изделия, определяемых обобщенным параметром /I = Лу'<г>//„//,(т, , который в зависимости от вида коррозии может изменяться в несколько раз.

При этом результат измерения зависит от ряда мешающих факторов: соотношения геометрических размеров объекта и ВТП и взаимного расположения объекта и ВТП, от геометрической формы объекта и др.

Влияние этих параметров значительно искажает результат контроля, так при изменении относительного размера объекта (а?) в диапазоне от 1 до со погрешность составляет ±(15 + 20)%.

В работе рассмотрены принципы автоматической коррекции погрешности вихре-токового контроля от изменения формы и размеров объекта, его электрофизических свойств и краевого эффекта. Для автокоррекции погрешности от формы и ра ¡меров изделия (х) предложен следующий алгоритм:

-измерение фазы выходного сигнала двух ВТПс различными радиусами или В'ГП

- <- ,{к, V <о, \

с измерительной и корректирующей оомотками. ( — = — =с<т.ч1 );

I )

-вычисление отношения измеренных фаз

<Р>

-определение параметра (гс) по формуле х =« + —"— (8), где а, Ь, с- определя-

V, _с

Ч>1

югея формой изделия, его размерами, электрофизическими свойствами и зазором;

-нахождение фазового угла коррекции погрешности &<р(се) (рис.5). Эта зависимость может быть аппроксимирована гиперболической формулой.; -коррекция результата измерения производится вычитанием /V, из результата измерения фазы одного из датчиков

=<Р\~ Д<Л •

Вычисления остаточной погрешности Л^,,,,,, = Лу>(.-с)-А<рк при различных аппроксимирующих выражениях для А^(а:) преде гаилены в диссертации. Коррекция погрешности по предложенному алгоритму может уменьшить погрешность измерения до 10 раз. Однако для этого необходимо иметь более точные

¡ависимостн а: | и ,\</>(а?). Функциональная схема автокоррекции погрешностей по данному алгоритму представлена на (рис.6). Прибор содержит генератор разных частот- со, и со, (1), два измерительных канала, каждый из которых состоит из Т1 (2,3), усилителей (6,7), фазометров (8,9) и функциональных преобразова-гел '1.1 П. на выходе которых получается сигнал поопошшональный базам <01

и ф2. Опорное напряжение для фазометров берется от генератора через формиро вагели (4,5). Выходные напряжения с фазометров поступают па входы фупкцио нального делительного устройства (12), где преобразуются в сигнал пропорцио

нальный, отношению фаз . Затем этот сигнал подвергается еще одному функ

<Рг

циональному преобразованию для получения напряжения и[\<р^,) пропорцио налыюго величине аз) коррекции погрешности по (ае).

меров объекта.

На основе функциональных схем автокоррекцип были разрабоц чы приборы:

- для контроля величины коррозионных поражений но утопсп по мешлла ку юв-ных деталей автомобиля;

- для измерения толщины защшпых покрытий, а также опре; елснпя шмспении удельной электрической проводимости за счет коррозиошк 'о поражения металла.

На рис.7 приведена структурная схема одного из приборов, к трая включает в себя: 1-геператор, 2-вихретоковый преобразователь, 6,7-фазоч ветви тельные детекторы, 8,9-усилителн, 10,1 {-функциональные преобразовател ', 12-дели [ель, 13-блок сравнения, 14-источник постоянного напряжения, 15-ин егратр, 16-лшшя задержки, 17-инвертор, 18-сумматор, 19--)лектронный клк-I 20-делп1ель, 21-источник опорного напряжения, 22,23-фазовращатели.

Основные технические характеристики прибора: КДиапозон измерения утонения металла (мм) - (0,1-1,5).

2.Диапазон измерения удельной электропроводности (мем/м)- (1-60).

3.Вариация диэлектрического зазора и толщины защитного покрытия (мм) до 4.

4.Минимальный радиус кривизны поверхности (мм) - 15.

5.Погрешность измерения при вышеуказанных параметрах (%) - не более 5. Принцип работы прибора понятен из структурной схемы.

ог О

¿/(Ъ)

¿/(Ю

—

5

Рис.6. Функциональная схема автоматической коррекции погрешностей 01 формы п размеров изделия.

величины коррозионных поражений металла.

Макетные образны приборов с комплектом ВТП были испытаны в АО «НИИТав-топром» и на ОАО «Москвич». В результате проведенных испытаний установлено, что приборы позволяют выявлять под слоем антикоррозионных покрытий толщиной до (2-3)мм очаги коррозионных поражений на глубину более 10% от толщины листа со стороны установки датчика и более (15-20)% с обратной стороны листа. Были получены положительные отзывы, с рекомендациями использования приборов предприятиями автомобильной промышленности для усовершенствования технологии изготовления и ремонта кузовов автомобилей и технической диагностики их состояния.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. 1.Проведен анализ контролепригодности основных элементов кузова легковых автомобилей, определены факторы, влияющие на коррозионную стойкость и предложены расчетные модели электромагнитного конроля коррозионного состояния кузова в виде двухслойного сфероидального тела и ограниченной с двух сторон плоской поверхности.

2.Определены математические выражения и алгоритм расчета на ЭВМ электромагнитных и вносимых параметров ВТП, при контроле проводящих тел сфероидальной формы и от воздействия плоской проводящей поверхности ограниченных размеров.

3.Предложен приближенный метод расчета вносимых параметров для ¡рансфор-маторных ВТП, применительно к задачам контроля электрофизические свойств материала,толщин металлического листа, защитных и лакокрасочных покрытий изделий, размеры которых соизмеримы с диаметром преобразователя и имеют различный радиус кривизны поверхности и толщину изделия.

4.Установлены следующие основные закономерности электромагнигно! о контроля кузова автомобиля:

-увеличением параметра Р>10 можно существенно снизить влияние ' краевого эффекта", формы и размеров изделия;

-с увеличением р влияние параметров жи). быстро ослабевает и при р >8 и аг >1,4 влияние аг весьма мало при его вариации от 1,4 до 3,0 и более. 13 облает р<5 и Х<1,0 влияние аг значительно и ощущается даже при аг=3,0, что пеобхо ымо учитывать при разработке электромагнитных средств контроля.

-зависимости вносимых параметров от "А." и "Р" от для аг=соп? имеют одинаковый вид. Меж'ду годографами 6'„'„ (К) и и'т (Р) существуют у( I раздела

при Л.>0,5, что открывает принципиальные возможности раздельной оптроля параметров "X" и "(?" и позволяет использовать амплитудпо-фазовьн методы обработки информации для подавления влияния геометрических . азмеров изделия при контроле коррозионных очагов поражения и дефектоскоп!..( -между годографами {/', (Р) и (/,'„ (а:) при 1=сопя1, «=согШ также (■ ¡ествуют

некоторые углы раздела при Р<5,0, что позволяет использовать I питудно-

фазовые методы обработки информации для отстройки от "краевого • . -кта» при

контроле параметра «[Ъ>, однако при этом диапазон изменения эти 1аметров

незначителен (1,2< а:<3,0). При Р>10 и 1,2< аг<3,0 влияние радиус. ( -визны и размеров изделия резко уменьшается;

-влияние формы контролируемого изделия на вносимые параметры так же как и

изменение зазора между ним и преобразователем при Р^сопб! в обл; больших

значений «р», что позволяет использовать одни и те же методы отстройки от зазора и кривизны поверхности контролируемого изделия при дефектоскопии и определении коррозированных участков по изменению удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости;

5.Были разработаны оптимальные конструкции ВТП, применительно к электромагнитному контролю кузова автомобиля.Показано, что при амплитудном и амплитудно-фазовом способах измерения, целесообразно применять ВТП с конструкционными параметрами ¿ = 0.015 н / = 0.25*0.5. При контроле толщин диэлектрических покрытий с большим начальным зазором между ВТП и изделием (а > 0.2 ) целесообразно выбирать конструктивные параметры /<0,5; £«0. Для контроля изменения удельной электропроводности (/?) рекомендуется использовать ВТП с конструктивными параметрами s = 0, / <0.75, а=(0,05-0,2). 7.Разработаш,i принципы автоматической коррекции погрешности вихретокового контроля от изменения формы и размеров объекта, его электрофизических свойств и «краевого эффекта», а также функциональные и структурные схемы вихретоковых приборов с отстройкой от мешающих факторов. 8.11а основе функциональных схем и алгоритмов автокоррекцгш были разработаны и испытаны в «НИИТавтопром» и на ОЛО «Москвич» макетные образцы прпборов:-для контроля величины коррозионных пораженки по утонешпо металла кузовных деталей автомобпля;-для измерения толщины защитных покрытий и изменения удельной электрической проводимости за счет коррозионного поражения металла (прибор «ВЭ'Г» с микропроцессорным управлением). Данные приборы позволяют проводить оценку величины коррозионных поражений деталей различной формы и размеров,с существенно меньшей погрешностью (погрешность измерения может быть уменьшена до 10 раз), чем существующие аналоги.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛБ ТА ТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ. 1 .Аверин Д.11., Бадаев Д.Н. Блок первичного преобразователя для вихретоковой дефектоскопии.// Научные труды межвузовской НТК «Фундаментальные основы создания наукоемких и высокотехнологичных приборов». Дополнения - М.: M ГА ПИ - 1997.-с.35-38.

2.Бадаев Д.Н., Родгоков М.С. Метод расчера поля вихретокового преобразователя вблизи ребер изделий.// Материалы международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы информатики, приборостроения и экономики Сочи-98».-М.: МГАПИ. - 1998. - с.84-86.

3.Бадаев Д.Н., Родгоков М.С. Разработка контрольных образцов для вихретоковой дефектоскопии.// Тезисы докладов 15 Российской НТК «Неразрушающий контроль и диагностика». - М.:РОНКТД. - 1999. Бадаев Д.Н. Расчет электромагнитных параметров идеализированного преобразователя при взаимодействии с двухслойным сфероидальным объектом.// Научные труды межвузовской НТК «Автоматизация - 99». - М.: МГАПИ,- 1999. - с. 152-156.

4.Бадаев Д.П. Основные принципы построения измерительных цепей с автокоррекцией погрешности вихретоковых преобразователей.// Научные труды межвузовской Н ТК «Автоматизация ■ W». Дополнения. - М.: МГАПП. - 1999. - с.50-

53.

5.Бадаев Д.П. Расчет электромагнитных параметров идеализированного преобразователя при взаимодействии с двухслойным сфероидальным объектом.// Науч-

иые труды межвузовской НТК «Автоматизация - 99». - М.: МГАПИ. - 1999. -с.152-156.

6.Бадаев Д.Н. Определение влияния «краевого эффекта» на вихретоковый метод контроля тонколистовых изделий.// Научные труды II Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права». - М.: - МГАПИ. - 1999. С. 13-15.

7.Шатернпков В.Г., Бадаев Д.Н., Родюков М.С. Приближенный метод расчета выходных параметров электромагнитных преобразователей при контроле изделий с учетом их размеров.// Научные труды II Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права». - М.: - МГАПИ. - 1999. с. 158160.

Под. нпечап, 19.05.2000. Форма! 60x84. 1/16. Обьсм 1 и.¡1. Тираж 100 экземпляров. Заказ ^04 МГА11П