Устройство контроля качества изделий

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при прочностных испытаниях материалов и конструкций и при диагностике механического состояния изделий в процессе эксплуатации . Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет учета непрерывно следукнцих сигналов акустической эмиссии. В устройстве анализируется форма огибающей серии сигналов акустической эмиссии, выделяемой формирователем 3, и с помощью реверсивного счетчика 9, блока 10 измерения скорости счета и генератора 33 импульсов определяется число импульсов акустической эмиссии , образовавших серию непрерывно следующих сигналов. 5 ил. (/) СО СП О а о о:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1350606 А1 (д}) 4 G 01 N 29/04 л гр (1р л 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

САР

С0

Cb

СР

СЬ

ФО? 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4087540/25-28 (22) 13.05.86 (46) 07.11.87. Бюл. У 41 (7 1) Институт проблем машиностроения АН УССР (72) Н.Н. Суслов, А.Е. Божко и Е.Ф. Лукьянов (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 534687, кл. G 01 N 29/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 1138733, кл. G 01 N 29/04, 1983. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при прочностных испытаниях материалов и конструкций и при диагностике механического состояния изделий в процессе эксплуатации. Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет учета непрерывно следующих сигналов акустической эмиссии. В устройстве анализируется форма огибающей серии сигналов акустической эмиссии, выделяемой формирователем 3, и с помощью реверсивного счетчика 9, блока 10 измерения скорости счета и генератора 33 импульсов определяется число импульсов акустической эмиссии, образовавших серию непрерывно следующих сигналов. 5 ил.

1350606 2

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при прочностных испытаниях материалов и конструкций и при диагностике механического состояния изделий в процессе эксплуатации, Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет учета непрерывно следующих сигналов акустической эмиссии.

На фиг. 1 предс.тавлена блок-схема устройства контроля качества изделий; на фиг, 2 — эпюры сигналов, иллюстрирующие независимость времени достижения видеоимпульсом своего максимального значения от амплитуды возмущающего воздействия; на фиг. 35 — эпюры сигналов, иллюстрирующие работу устройства, Устройство содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь 1, усилитель 2, формирователь 3 огибающей и первый ! компаратор 4, последовательно соединенные блок 5 выделения экстремума, первый формирователь 6 импульсов и триггер 7, второй компаратор 8, первый вход которого соединен с выходом усилителя 2, реверсивный счетчик 9, блок 10 измерения скорости счета, суммирующий вход которого объединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 9, и регистратор 11 амплитуды. Вход блока 5 выделения экстремума соединен с выходом формирователя 3 огибающей, а выход первого компаратора 4 соединен с входом "Сброс" триггера 7, Устройство также содержит синхронизатор 12, выход которого соединен с входом стробирования блока 10 измерения скорости счета, первую схему ИЛИ 13, последовательно соединенные первый масштабный усилитель

14, третий компаратор 15, второй формирователь 16 импульсов и первый блок 17 задержки, последовательно соединенные второй масштабный усилитель 18, четвертый компаратор 19, третий формирователь 20 импульсов и второй блок 21 задержки, последовательно соединенные третий масштабный усилитель 22, пятый компаратор

23, четвертый формирователь 24 импульсов и третий блок 25 задержки °

Выходы первого 17, второго 21 и третьего 25 блоков задержки соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим вход:»1» первой схемы ИЛИ

13, выход которой соединен с вычитающими входами блока 10 измерения скорости счета и реверсивного счетчика 9.

5 устройство содержит также первый электронный ключ 26, управляющий вход которого соединен с выходами триггера 7 и синхронизатора 12, а

10 информационный вход соединен с выходом формирователя 3 огибающей, первую схему НЕ 27, входом соединенную с выходом синхронизатора 12, второй электронный ключ 28, управляющим

15 входом соединенный с выходом первой схемы НЕ 27, а информационным входом — с выходом формирователя 3 огибающей, первый операционный,усилитель 29, первым входом соединенный с выхода первого электронного ключа

20 и объединенный с входами первого

14, второго 18 и третьего 22 масштабных усилителей, подключенные к выходу первого операционного усилителя 29 последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь 30, первую схему И 31, вторую схему ИЛИ 32 и генератор 33 импульсов, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента

ИЛИ 13, подключенный к выходу второ30 го электронного ключа 28 второй операционный усилитель 34, второй вход которого объединен с пороговыми входами компараторов 4, 8, 15, 19

55 и 23 и с вторым входом первого операционного усилителя 29 и предназначен для подключения к источнику опорного напряжения Uon подключенные к выходу второго операционного усилителя

34 последовательно соединенные второй аналого-цифровой преобразователь

35 и вторую схему И 36, выход которой подключен к второму входу второй схемы ИЛИ 32, вторую схему НЕ 37, Выход первого аналого-цифрового преобразователя 30 соединен с входом регистратора 11 амплитуды, выход первой схемы НЕ 27 — с вторыми входами первой 31 и второй 36 схем И, а третий вход последней объединен с входами второй схемы НЕ 37.и соединен с выходом первого компаратора 4.

Выход второй схемы НЕ 37 соединен с третьим входом первой схемы И 31, а выход второго компаратора 8 — с суммирующим входом реверсивного счетчика 9.

Устройство работает следующим образом.

1 1 060() Если на пьезопреобраэователь 1 воздействует одиночный импульс акустической эмиссии (АЭ) (фнг, 2а), отклик пьезопреобразователя на данное возмущение имеет вид, изобра5 женный на фиг. 2б. Время с момента возникновения электрического сигнала пьезопреобразователя до момента достижения огибающей этого сигнала максимума (фиг. 2в) для данного датчика постоянно и не зависит от амплитуды возмущающего воздействия.

В этом случае амплитуда огибающей в любой точке от нуля до макмимума описывается выражением

- 1

U(t) = U„(l-е ), где U максимальная амплитуда оги бающей сигнала; — параметр, определяемый конструкцией пьезопреобразователя.

Если на вход устройства воздействуют сигналы АЭ, частота следования которых соизмерима с резонансной .частотой пьезопреобразователя (фиг. За), отклик пьезопреобразователя имеет вид, приведенный на фиг. Зб. Второй и третий сигналы

АЭ вызывают дальнейшее увеличение амплитуды колебаний. В этом случае устройство работает следующим образом.

Сигнал снимается с пьезопреобразователя 1 и усиливается усилителем

2. На выходе формирователя 3 огибающей появляется сигнал, изображенный на фиг. 3ã. При превышении огибающей сигнала АЭ порогового уровня

40 напряжения первый компаратор 4 вырабатывает положительный потенциал (фиг ° Зз), который поступает на вход "Сброс" триггера 7 и разрешает

его работу в счетном режиме. Блок 5

45 выделения экстремума совместно с первым формирователем б формирует прямоугольный нормированный по амплитуде и длительности импульс (фиг. Зд), который переводит триггер 7 в .единичное состояние (фиг.:Зи).

Одновременно открывается первый электронный ключ 26 и сигнал с выхода формирователя 3 огибающей, равный по амплитуде максимальному значению огибающей, поступает на входы первого 14, второго 18 и третьего

22 масштабных усилителей. Коэффицие л ы передачи первого 14, второго !

8 и третьего 22 масштабных усилителей определяются по формулам соответственно

Таким образом, на выходах первого 14, второго 18 и третьего 22 масштабных усилителей уровни сигналов равны амплитудам первого, второго и третьего колебаний пьезопреобразователя 1 соответственно. Сигналы с выхода усилителя 2 поступают на первый вход компаратора 8 и при превышении порога дискриминации уже в импульсной форме поступают на суммирующие входы реверсивного счетчика 9 и блока 10 измерения скорости счета (фиг. Зв). .Если амплитуда первого колебания (фиг ° Зб) меньше установленного порога дискриминации U, на суммирующие входы реверсивного счетчика 9 и блока 10 измерения скорости счета цо достижения огибающей сигнала АЭ максимума поступит пять импульсов.

В момент достижения максимума сраба- . тывают четвертый 19 и пятый 23 компараторы, выходные импульсы которых, сформированные по амплитуде и длительности третьим 20 и четвертым 24 формирователями, поступают на входы второго 21 и третьего 25 блоков задержек.

Времена задержек выбираются неодинаковыми, чтобы разделить во времени импульсы третьего 20 и четвертого 24 формирователей (фиг. 3е, ж), которые через первую схему ИЛИ 13 поступают на вычитающие входы реверсивного счетчика 9 и блока 10 измерения скорости счета. В данном случае через первую схему ИЛИ 13 .пройдут два импульса и в реверсивном счетчике 9 и блока 10 измерения скорости счета зафиксируется три импульса, но на их суммирующие входы начинают поступать импульсы, соответствующие уменьшающимся по амплитуде колебаниям пьезоэлектрического преобразователя 1.

Время полного затухания колебаний, а следовательно, и их количестЭти импульсы и импульсы, снимаемые с блоков 21 и 25 задержки, являются вычитаемыми, Следовательно, реверсивный счетчик 9 и блок 10 измерения скорости счета зафиксируют реальное количество импульсов АЭ. В приведенном примере их количество равно трем. На фиг. Зл изображено количество зафиксированных импульсов после окончания измерения.

Возможен случай, когда на вход устройства воздействуют, например, два сигнала АЭ (фиг. 4а) таким образом, что отклик пьезопреобразователя 1 соответствует приведенному на фиг. 4б ° В данном случае количество экспоненциально затухающих колебаний после первого максимума меньше по сравнению с их количеством при одиночном возмущении той же амплитуды.

Следовательно, в данном случае для того, чтобы генератор 33 выработал правильное количество импульсов, необходимо учитывать уровень огибающей сигнала А „„ (фиг. 4в) при выделении второго экстремума. Для этого огибающая сигнала АЭ поступает на информационный вход второго электронного ключа 28, который открывается в момент сброса триггера 7 в нулевое состояние (фиг. 4 д)., Это может произойти или при срабатывании первого компаратора 4 (при уменьшении уровня огибающей ниже порога срабатывания), или при выработке блоком

5 выделения экстремума и первым фор i мирователем 6 импульса, соответствующего по времени второму экстремуму (фиг. 4 г), так как триггер 7 работает в счетном режиме (первый импульс переводит его в единичное состояние, второй — в нулевое).

Если второй электронный ключ 28 откроется при срабатывании первого компаратора 4, на выходе второго операционного усилителя 34 сигнал будет отрицательным, так как пороговое напряжение будет больше уровня оги-. бающей. При этом на выходе второго аналого-цифрового преобразбвателя

35 будут нули, которые через открытую в данном случае вторую схему

И Зб и вторую схему ИЛИ 32 поступают на вход генератора 33, который не вырабатывает ни одного импульса для вычитания.

Если второй электронный ключ 28 откроется в момент второго экстрему5 1350б06 6 во для данного пьезопреобразователя определяется амппитудой входного возмущения. Таким образом, каждой амплитуде входного возмущения можно привести в соответствие количество экспоненциально затухающих колебаний пьезопреобразователя. Сигнал, соответствующий максимуму огибающей в момент достижения этого максимума, поступает на первый операционный усилитель 29, на выходе которого формируется разность межцу абсолютными значениями максимума огибающей-и уровня порогового напряжения U

Чем меньше эта разность, тем меньше экспоненциально затухающих колебаний вызовет срабатывания второго компаратора 8, тем меньше импульсов поступит на суммирующие входы реверсного счетчика 9 и блока 10 измерения скорости счета.

Экспериментально устанавливается зависимость количества затухающих колебаний от этой разности и через первый аналого-цифровой преобразователь 30 осуществляется управление количеством выработанных генератором 33 импульсов, которые через первую схему ИЛИ 13 поступают на вычитающие входы реверсивного счетчика 30

9 и блока 10 измерения скорости счета, т.е. количество импульсов генератора 33 равно количеству экспоненциально затухающих колебаний пьезопреобразователя, 35

Информация с выхода первого аналого-цифрового преобразователя 30 поступает также на регистратор 11 амплитуды, который в цифровой форме регистрирует уровень превышения сиг- 40 налом АЭ установленного порога дискриминации. Первая схема И 31 пропускает информацию, записанную в первом аналого-цифровом преобразователе 30, через вторую схему ИЛИ 32 на вход 4g генератора 33 при условии, что на втором и третьем ее входах присутствуют логические единицы. Это условие выполняется во время пересечения огибающей сигнала АЭ порогового уров- 50 ня дискриминации при условии, что триггер 7 находится в нулевом состоянии.

Таким .образом, в момент времени

tð генератор 33 вырабатывает серию импульсов (фиг. Зк), количество которых равно количеству экспоненциально затухающих колебаний сигнала, снимаемого с пьезопреобразовауеля 1

1350606

45 ма, сигнал И на выходе второго операционного усилителя 34 будет равен разности между уровнем огибающей в момент перехода через минимум и пороговым напряжением U (фиг. 2в).

Чем больше эта разность, тем меньшее количество импульсов вычитания нужно выработать генератору 33.

На выходе второго аналого-цифро10 вого преобразователя 35 информация в цифровом коде (число) обратно пропорциональна входному напряжению.

Таким образом, фактически осуществляется автоматическое слежение за разностью:величин, А, и A „„ и в зависимости от этой разницы генератор 33 вырабатывает разное количество вычитаемых импульсов. В данном случае после первого максимума это количество равно двум (фиг. 4 е).

В остальном работа устройства аналогична описанному выше.

Возможен случай, когда на вход устройства поступают импульсы АЭ 25 (фиг ° 5а)- и отклик пьезопреобразователя 1 имеет вид, приведенный на фиг. 5б, т.е. сигнал на выходе пьезопреобразователя 1, а следовательно, и усилителя 2 какое-то конечное время представляет собой незатухающие колебания. И в этом случае работа устройства аналогична описанному выше. На фиг. 5в приведено истинное количество зарегистрированных импульсов. Положение этих импульсов ! на временной оси не соответствует времени.их прихода на реверсивный счетчик 9 и блок 10 измерения скорости счета. Из фиг. 5в видно, что ис- 4О тинное количество актов АЭ фиксируется в вышеуказанных регистрирующих приборах после момента времени t„ который определяется временем выработки генератором 33 нужного количества импульсов вычитания.

Время t„ может быть достаточно мало при большой частоте импульсов генератора 33, но необходимо учитывать тот факт, что измерение скорости счета и суммарного счета АЭ осу50 ществляется не в реальном масштабе времени. При измерении суммарного счета АЭ это обстоятельство несущественно, а при измерении скорости счета АЭ оно может внести значительную

55 погрешность в результат измерения.

Скорость счета АЭ вЂ” это отношение суммарного счета АЭ к интервалу времени наблюдения. В качестве интервала времени набпюдения чаще всего принимается одна секунда (фиг. 5r).

В интервале времени, происходит сброс счетчика, входящего в состав блока 10 измерения скорости счета, в нулевое состояние. При сопоставлении фиг. 5а и 5г видно, что в течение первой секунды происходит накапливание числа в счетчике (счетчик зарегистрирует семь импульсов), а в течение второй секунды счетчик зарегистрирует восьмой и девятый импульсы, после чего на его вычитающий вход поступят импульсы, количество которых равно числу экспоненциально затухающих колебаний. Следовательно, в течение второй секунды измерение скорости счета будет произведено .с ошибкой.

Для уменьшения данной погрешности измерения в устройстве используется синхронизатор 12, который искусственно затягивает сброс счетчика, входящего в состав блока 10 измерения скорости счета, до момента времени если по истечении одной секунды на его входе присутствует высокий потенциал, т.е. огибающая сигнала

АЭ выше порога амплитудной дискриминации U (фиг. 5д). Так. осуществляется работа синхронизатора при условии, что Jt (Т.

Когда отклик пьезопреобразователя представляет собой незатухающие колебания в течение времени, соизмеримого с одной секундой (например, сигналы АЭ, генерируемые истекающей жидкостью при образовании течи), описанный режим работы синхронизатора 12 может привести к большой разнице интервалов времени наблюдения, что недопустимо. Поэтому, если в течение одной миллисекунды после достижения огибающей сигнала АЭ максимума потенци:л на входе синхронизатора отличен от нуля (длительность импульса триггера 7 больше одной миллисекунды), синхронизатор 12 выдает разрешение на сброс счетчика — блока 10 измерения скорости счета. Значение времени одна миллисекунда принято условно и может быть изменено в зависимости от конструкции и материала конкретных контролируемых иэделий, Таким образом, за счет введейия в устройство новых элементов обеспечивается измерение суммарного счета, 1 35Ж06 динены саоя ветгтнс. нна <: it рны., вторым и третьим нходамн пс рпой схемы

ИЛИ, а ее выход соединен с вычитающими входами блока измерения скорости счета и реверсивного счетчика, первым электронным ключом, управляющий вход которого соединен с выходами триггера и синхронизатора, а информационный вход соединен с выходом формирователя огибающей, первой схемой НЕ, входам соединенной с выходом синхронизатора, вторым электронным ключом, управляющим входом соединенным с выходом первой схемы

НЕ, а информационным входом — с вы" ходом формирователя огибающей, первым операционным усилителем, первым входом соединенным с выходом первого электронного ключа и объединенным с входами первого, второго и третьего масштабных усилителей, подключенными к выходу первого операционного усилителя последовательно соединенными первым аналогоцифровым преобразователем, первой схемой И, второй схемой ИЛИ и генератором импульсов, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента

ИЛИ, подключенным к выходу второго электронного ключа вторым операционным усилителем, второй вход которого объединен с пороговыми входами всех компараторов и с вторым входом первого операционного усилителя и предназначен для подключения к источнику опорного напряжения, подключенными к выходу второго операционного усилителя последовательно соединенными вторым аналого-цифровым преобразователем и второй схемой

И, выход которой подключен к второму входу второй схемы ИЛИ, второй схемой НЕ выход первого аналого-цифровога преобразователя соединен с входом регистратора амплитуды, выход первой схемы НЕ соединен с вторыми входами первой и второй схем И, а третий вход последней объединен с входом второй схемы НЕ и соединен с выходом первого компаратора, выход второй схемы НЕ соединен с третьим входом первой схемы И, а выход второго компаратора соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика. скорости счета и ямплитупы непрерывной АЭ. Следовательно, многие критические с точки зрения прочности контролируемого изделия ситуации, возникающие при испытаниях или экс5 плуатации изделий и сопровождающиеся лавинообразным нарастанием количества дефектов или их размеров, что соответствует возникновению непрерыв- 10 ной АЭ, могут быть своевременно предотвращены, а достоверность контроля в устройстве существенно повышается.

Формула изобретения

Устройство контроля качества изделий, содержащее последовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь, усилитель, формирователь огибающей и первый компаратор, последовательно соединенные блок выделения экстремума, первый формирователь импульсов и триггер, второй компаратор, первый вход которо" го соединен с выходом усилителя, реверсивный счетчик, блок измерения скорости счета, суммирующий вход которого объединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, и "„ гистратор амплитуды, вход блока выделения экстремума соединен с выходом формирователя огибающйй, а выход первого кампаратора соединен с входом "Сброс" триггера, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено синхронизатором, выход которого соединен с входом стробирования блока измерения скорости счета, первой схемой ИЛИ, последовательно соединенными первым масштабным усилителем, третьим компаратором, вторым формирователем импульсов и пер20

30

35 вым блоком задержки, последовательно

45 соединенными вторым масштабным усилителем, четвертым компаратором, третьим формирователем импульсов и вторым блоком задержки, последовательно соединенными третьим масштабным уси50 лителем, пятым компаратором, четвертым формирователем импульсов и третьим блоком задержки, выходы первого, второго и третьего блоков задержки сое1350606

Фиг.2

Произв.-полигр..пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1350606

ВНИИПИ Заказ 5280/45 ТиРаж 776

Подписное