Разработка автоматической системы определения параметров диагностической информации

Summary: Developed an automatic system for determining the processing parameters and diagnostic information. Designed and developed hardware system for obtaining diagnostic information by measuring the energy loss during periodic magnetization reversal ferrimagnetic material . Program complex "MagScanner 1.0", allowing to diagnose, manage and visualize the resulting diagnostic information appliance . The paper describes the principle of hardware system based on measurement of loss reversal . The description of the hardware system units with presentation of the main features and concepts . The basic algorithms of the software system "Mag- Scanner 1.0" to bringing the search algorithm fall amplitude and Graham algorithm . Make a test scan with the discovery of a defect in the material, resulting in a picture showing the contour of the defect.

Key words: reversal, analog-to-digital converter, operational amplifier, a software complex visualization environment, a storage unit.

Постановка проблемы

В последнее время с развитием компьютерной техники и повышением их производительности, наметилась перспектива в создании программно - аппаратных комплексов диагностирования. Такой симбиоз средств диагностирования и компьютера позволяет получать комплексную информацию о дефектах, а также вести детальный анализ. Такой подход к средствам диагностики позволяет разделить функции. На аппаратную часть возлагается функция измерения и выявление дефекта, а на программную составление полной картины и анализ полученных результатов. Для встроенных стационарных систем непрерывной диагностики применение компьютерной техники позволяют сконцентрировать информацию из всех датчиков в одном месте и на основе этих данных вести анализ в реальном времени.

Цель статьи

Идея работы основана на создании эффективного, экономически выгодного устройства диагностирования, а так же разработка автоматизированного программного комплекса обработки диагностической информации датчика потерь на перемагничивание [2,3].

Изложение основного материала

Блок схема исполнения магнитного дефектоскопа представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Блок схема прибора

Прибор содержит ПГ - программный генератор, УМ - блок усилителя мощности генерируемого сигнала, ДС - электромагнитный датчик-сканер, АЦП - аналогово цифровой преобразователь, ПК - Программный комплекс, состоящий из блока ДТ - детектора и ВИЗ - блока визуализации. Работа прибора основана на измерении потерь перемаг- ничивания участка контролируемого изделия. Если ферромагнитный материал подвергается периодическому перемагничиванию, то в нем возникают потери энергии на гистерезис и вихревые токи.

Электромагнитный ДС устанавливают на изделие. Регулируемый сигнал с генератора ПГ поступает в блок усиления УМ, где усиливается по напряжению и току, и подается на намагничивающую обмотку. Далее сигнал с измерительной об мотки поступает на АЦП, где полученная информация упорядочивается и поступает в программный комплекс для получения конечного результата - детектирование и визуализация дефекта.

Таким образом, прибор позволяет путем изменения частоты магнитного поля от высоких значений до низких постепенно перемагничивать участок изделия слой за слоем, тем самым осуществлять частотное сканирование и по потерям на перемагничивание получить изображение поперечного сечения контролируемого участка.

Датчик-сканер исполнен в виде П-образного сердечника, состоящего из пластин с двумя одинаковыми медными катушками сопротивлением 80 Ом (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схематичное изображение датчика-сканера

Блок АЦП выполнен на микроконтроллере выполнен на базе операционного усилителя (рису- фирмы Atmel серия ATtiny45-20su. Блок усиления нок 3).

Рисунок 3 - Схема блока усиления

Программный комплекс разработан в среде Borland Delphi 11. Комплекс состоит из блоков генерации сигнала, блока поиска дефекта, блока калибровки и блока визуализатора (рисунок 4). На рисунке 4 изображены: 1 - область управления генератором, 2 - область управления детектором, 3 - область отображения величины потери перемаг- ничивания, 4 - область визуализации контура дефекта.

В программном комплексе реализовано два основных режима, режим поиска дефекта и режим сканирования. В режиме поиска дефекта можно определить наличие дефекта и определить глубину его залегания. В режиме сканирования происходит сканирование самого дефекта, определение точек его контура, на основании полученных точек формируется его примерная форма.

Рисунок 4 - Рабочее окно программного комплекса

Рисунок 5 - Иллюстрация алгоритма поиска значений

Алгоритм поиска дефекта заключается в следующем:

В реальном времени происходит отслеживание максимального значения A (вершины синусоиды) амплитуды сигнала и записывается в ячейку памяти (рисунок 6). Затем это значение сравнивается с последующим максимальным значением амплитуды B. В случае, если последующее значение максимума амплитуды меньше записанного в ячейке памяти A>B, то это сигнализирует о наличии дефекта, по разнице значения С, можно судить о глубине дефекта. Данный алгоритм повторяется на разных частотах от 50 Гц до 1000 Гц, что позволяет получить картину дефекта послойно.

Рисунок 6 - Пример работы алгоритма Грэхема

Для полученного множества точек с координатами дефекта применяется алгоритм Грэхема, позволяющий произвести обход точек и создать контур. Алгоритм Грэхема - алгоритм построения выпуклой оболочки в двумерном пространстве. В этом алгоритме задача о выпуклой оболочке решается с помощью стека, сформированного сформированного из точек-кандидатов (рисунок 6) [4].

Рисунок 6 - Результат сканирования дефектного участка

Визуализация полученных данных выполнена с помощью компонентов Tee Chart и Canvas, позволяющих получать различные картины сечений и диаграмм распределений дефектов на поверхности, а также реализовать получение трехмерной картины.

Выводы и предложения