Ультразвуковой толщиномер

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля ультразвуковым методом и может быть использовано для измерения толщины различных сложнопрофилированных изделий в машиностроении, авиастроении и судостроении. Целью изобретения является повышение достоверности контроля, автоматизация процесса измерения и повышение производительности за счет автоматического фиксирования результата измерений в момент совпадения положения акустической оси приемно-передающего преобразователя с нормалью к поверхности изделия в течение одного цикла качания. Использование узла сканирования и схемы формирования сигналов разрешения вывода информации на индикацию и регистратор и управления углом наклона приемно-передающего преобразователя, состоящей из двух одновибраторов, коммутатора, пикового детектора, усилителя постоянного тока, компаратора, двух триггеров, схемы совпадения и блока управления, позволяет для крупногабаритных сложнопрофилированных изделий регистрировать в каждой точке измерений только одно значение толщины, которое является наиболее достоверным, т.к. получено при нормальном вводе ультразвуковых колебаний в изделие. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

5!) 4 0 01 В 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61 ) 1.249 329 (21) 4350655/25-28 (22) 30.11.87 (46) 15.07.89, Бюл. № 26 (72) В.А,Протопопов, Ю. К. Романовский, Е.В,Кожушаная и Ю.Н,Жуков (53) 531. 7! 7(088. 8) (56) Патент СЛА № 3898838, кл. G O I Л 29/04, 1975.

Патент GIIA № 4470307, кл. G 01 N 29/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1249329, кл. G О! В 17/02, 1986. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИ!!ОМЕР (57) Изобретение относится к неразрушающем контролю ул ьтр аз вуковым методом и может быть использовано для измерения толщины различных сложнопрофилированных изделий в машиностроении, ави астро енин и судостроении, Целью изобретения является повышение достоверности контроля, автоматизации процесса измерения и повышение

Изобретение относится к нераэрушакицему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано для измерения толщины различных сложнопрофилированных иэделий в машиностроении, ави астр оении и судостроении и является усовершенствованием ультразвукового толщиномера по авт, св. №- 1249329, Цель изобретения — повышение достоверности контроля, автоматизации процесса измерения и повышение производительности эа счет автоматичесÄÄSUÄÄ 1493867 A 2

2 производительности за счет автоматического фиксирования результата измерений в момент совпадения положения акустической оси приемно-передающего преобразователя с нормалью к поверхности изделия в течение одного цикла качания, Использование узла сканирования и схема формирования сигналов разрешения вывода информации на индикацию и регистратор и управления углом наклона приемно-передающего преобразователя, состоящей иэ двух одновибраторов, коммутатора, пикового детектора, усилителя постоянного тока, компаратора, двух триггеров, схемы совпадения и блока управления, позволяет для крупногабаритных сложнопрофилиров анных изделий регистрировать в каждой точке измерений только одно з начение толщины, которое является наиболее достоверным, так как получено при нормальном вводе ультразвуковых колебаний в изде- > лие. 2 ил, вВ кого фиксирования результата,измерений в момент совпадения положения акустической оси приемно-передающего. преобразователя с нормалью к поверх ности изделия в течение одного цикла качания, На фиг.! представлена структурная схема толщиномера; на фиг,2 — временные диаграмма, поясняюпде его работу.

Толщиномер содержит последовательноно соединенные сиихроиизагор 1, Генератор 2 зондируюших импульсов, приемно-передалций ир >fi;.азователь 3, из1493867

55 (.(у ча(<>(<ни у. t t> t j> tt÷ êó t

oIраженные сигналы. и усилитель 6, г(ервый компаратор 7 отраженного эхо5 импульса и схему его стробирования, со (.тояшую из пер во го однонибр а гор а

8, вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, п рвого триггера !г>

9 „в горой вход которого подключен к выходу первого одновибратор а 8, и

>ер ной схем t 10 совпадения, первый вход которой соединен с первым входом первого триггера 9 и выходом ком- 15 пар атс>р а 7, второй вход — с выходом первого триггера 9, второй компара, гор ) 1 второго отраженного. импульса и ан ало ги чну(о схему стробирон ания, состоящую из второго однонибратора 20 ! 2, вход которого подключен к выходу первой схемы 10 совпадения, второго триггера 13 и второй схемы 14 совдаднния, третий компар ат ор 15 третьего отраженного импульса и аналогич- 25

ItyI послсдовагельно соединеннь(е ген ер а(тор 19 импульсов з аполнения, интерполяционный измеритель 20 временных интервалов (ИИВИ), второй вход которого подключен к выходу нгорой схемы 14 сонпацения, третий вход к выходу третьей схе>ы 18 совпадения, четвертый вход — к входам "Установка

0" первого, второго и третьего триггеров 9 > 13 и 17 соответственно и ны- 4г> ходу синхронизатора 1, и цифровой индикатор 21, пс следовательно соединенные чегвертый одновибратор 22, вход к<>торогс> подключен к выходу второго однонибратора 2, коммутагор 23, 45 пи>оной детекгор 24, усилитель 25 посгоянного тока, четвертый комперагор 26, четвертый триггер 27, четвертую схему ?8 совпадения и ия гый одновибра1(>р 29, пос 1едовате. 1ьно соединенные блок 30;управления, пятый

t j>Itггер 31 и у.t< t 32 сканирования, механи <ескlt связанный с приемно-перед;(ющим 1(реобразонате>1ем 3, и реги стр,>т(>j> 33, вход которого подклю((ett к I tx< ду И1!В1! 20, в горой вход коммут>гoj>а 23 подкл(очен к выходу у<11:III (. I>1 6, и г<>j>(!It вход пиков(>го цеI (; I > >, ) "(I I (. I t< t I(I(t e t t K t> г (! j> o M низ атор а 1, второй вход четнертой схемы 28 совпадения подключен к выходу пятого триггера 31 третий вход — к второму выходу ИИВИ 20, выход — к вторым входам

j!(lãèñòðàòoðà 33 и цифроногo индикатора 21, выход пятого одновибратора

29 подключен к нходу "Установка 1" пятого три ггер а 31, Позициями а-п (фиг. 2) обозначены ны ходы сигналов с блоков ультразвукового тол щиномер а, Ул ьтр аз нуконой толщиномер р аботает следующим образом, Синхронизатор 1 (б ) з апускает генератор 2 зонд>1ру>ссцих импульсон и однонибратор 8 устанавливает триггеры

9, 13 17 и 27 в нулевое состояние> а

ИИВИ 20 — н и сходное со стоя ни е. Генератор 2 зондирующих импульсов возбуждает пъезообр ",ýователь 3. Ультразвуковойй импульс, излучаемый преобр аз он ателе м 3, вводится через слой иммерсионной жидкости 4 н и.> меря емое изделие 5 и, расдрэстрянясь н нем, претерпевает мно го кр атstt te отр аже ния от нов ер хностей, Ул ьтр аз нук оные (УЗ ) колебания, возникающие при этом, принимаются пьеэообразонателем 3 и преобразуюгся им в электрические сигналы (в), которые поступают на усилитель 6. Усиленные сигналы поступают на компараторы 7 > 11 и 15 каждый из которых имееет свое опорное напряжение jjо .

Выделение импульсов СТАРТ и СТОП производится следующим образом, Одновнбратор 8 задним фронтом выходного импульса, длительность которого выбирается больше длительности переходных процессов в пьезопреобраэователе 3, возникающих под воздействиемм зондирующего импульса, перевоцит триггер 9 в единичное состояние, разрешая прохождение импульсов от компаратора 7 через схему 10 совпадения, При этом первый импульс > отраженный от внешней поверхности изделия 5, ср аннин ается с j.t<>tj1, к<вто-. рое выбирается равным половине амплиту ды первого отраженного импульса. На выходе компаратора 7 появляется импульс (г), который проходит через схему 10 совпадения. Задним фронтом этого импуль149 3867 са триггер 9 возвращается в исходное состояние, запрещая прохождение иь пульсов через схему 10, Единственный импул ьс (г), прошедший через схему

10, соответствующий первому отраженному эхоимпульсу, э апу скает однови братор 12, длительность выходного импульса которого выбирается несколько меньшей времени, соответствующего минимальной измеряемой толщине, По заднему фронту этого импульса триггер13 переводится в единичное состояние, разрешая прохождение импульсов от компаратора 11 через схему

14 совпадения, Uz„ для компаратора

11 выбирается равным полонине амплитуды второго отраженного от внутренней поверхности иэделия 5 импульса.

Импульс (д) от компаратора 11, соответствующий второму отраженному, проходит через схему 14 совпадения и, кроме того, своим задним фронтом возвращается триггер 13 в исходное состояние, запрещающее прохождение импульсов через схему 14 совпадения, Импульс (д), прошедший через схему

14 совпадения, является импульсом

СТАРТ для ИИВИ 20, Этот же импульс запускает схему стробирования и ны- 30 деления импульса СТОП (е), которая состоит из компаратара 15, одновибратора 16, триггера 17, схемы 18 совпадения и работает аналогично предыдущим, Опорное напряжение Uo„ для компаратора 15 устанавливается равным половине амплитуды третьего зхоимпульса, Импульсы СТАРТ и СТОП, временной инт ерв ал между которыми соответствует измеряемой толщине, пос- 40 тупают на ИИВИ 20, куда поступает также частота з аполнения с выхода генератора 19 импульсов заполнения.

Измеренное значение толщины выводится на цифровой индикатор 21 и регис 45 тратор 33 по сигналу "Разрешение", который формируется следующим образом, Сигнал с выхода одновибратора 12 поступает на вход одновибратора 22, который формирует импульс (ж) длительностью, соответствующей диапазону измерения толщины контролируемого изделия, Импульс (ж) поступает на первый вход аналогового коммутатора

23. На второй его вход подаются отраженные сигналы с усилителя 6. С выхода коммутатора 23 снимаются выделенные вторы эхоимпульсы (э), амплитудное значение которых пропорционально исходному, и подаются на вход пикового детектора 24. Величина его выходного сигнала (и в процессе изменения угла наклона преобразователя 3 относительно нормали к поверхности изделия сложного профиля в дискретной точке замера растет до максимального значения амплитуды вторых эхоимпульсов (з ) и з аполнителя, Сигнал (и) с выхода пиксвого детектора 24 через усилитель 25 постоянного тока подается на вход компаратора 26, на второй вход которого подаются вторые эхоимпульсы (з ) с выхода коммутатора 23.

При превышении амплитуды вторых эхоимпульсов (з) над сигналом с выхода пикового детектора 24 на выходе компаратора 26 формируются импульсы (к), по которым инверсный ныход триггера 27 устанавливается н нулевое состояние и запрещает прохождение импульсов (м) конца одного измерения с ИИВИ 20 через схему 28 совпадения, Когда амплитуца вторых эхоимпульсов (з) начнет уменьшаться и станет ниже сигнапа с вь;хода пикового детектора 24, то на выходе компаратора прохождение импульсон (к) прекратится, Триггер 27 остается в первоначальном состоянии (л), которое установлено си|.алом (б) с выхода синхронизатора 1, и совместно с сигналом с выхода триггера 31 разрешает прохождение импульсов (м) конца одного измерения через схему 28 сонпадения, на выходе которой формируется сигнал (н) иРаэрешение". Этот сигнал поступает на вторые входы цифроного индикатора 21 и регистратора 33 и формирует команду на вывод .информации, Кроме того, задержанный одновибратором 29 сигнал (о) "Раэр шение" сбрасывает триггер 31, который запрещает дальнейшее прохождение сигналов (н) с выхода схема 28 совI ° падения н падает управляющий си гнал на узел 32 сканирования для перевода преобразователя 3 в следующую, точку измерения, Блок 30 управления, в состав которого нходит генератор частоты с периодом колебаний, соответствующим длительности полного цикла качания угла наклона преобразователя 3 в одной контролируемой точке, и одновибратор, формирующий узкие импульсы (а) по переднему фронту колебаний генера1493867 тора часfoTbl осуществляет подготовку к следующему циклу измерения путем сброса пикового детектора 24 и установки триггера 31 в единичное состояние (п) после окончания прудыдущего цикла замера толщины и перевода преобразователя 3 к следующей контролируемой точке. Наклон преобразователя 3 осуществляется в пределах сектора максимально возможных отклонений профиля детали и определяется в основном особенностями технологического процесса формообразования по толщине, например для раскатки

+ 1,5

Таким образом, толщиномер поз во° ляет при измерении толщины сложнопрофилиров анно го изделия автоматически регистровать в каждой точке контро-. ля одно значение толщины, которое является наиболее достоверным, так как получено при нормальном вводе ультразвуковых колеб;ний в иэделие.

Фо р мул а и з о б р е т е ни я

Ультразвуковой толщиномер по авт, св, 91249329, о тли ч аюшийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, автоматизации процесса измерения и повышения производительности, он снабжен последовательно .соединенными четвертым одновибратором, коммутатором, пиковым детектором, усилителем постоянного тока, четвертым компаратором, 5 четвертым триггером, четвертой схемой совпадения и пятым одновибратором, последовательно соединенным блоком управления, пятым триггером и узлом сканирования, механически связанным с приемно-передающим преобразователем, и регистратором, вход которого подключен к выходу интерполяцианного измерителя BpeMeHNlx

15 интевалов, вход четвертого одновибратора подключен к выходу второго одновибратора, второй вход коммутатора подключен к выходу усилителя, второй вход пикового детектора под2п ключен к второму выхЬду блока управления, второй вход четвертого ком- паратора подключен к выходу коммутатора, R-.âõîä четвертого триггера подключен к выходу синхронизатора, 25 второй вход четвертой схемы совпадения подключен к выходу пя того триггера, третий вход — к второму выходу интеполяционного измерителя временных интервалов, выход — .к вторым

30 входам регистратора и цифрового индикатора, а выход пятого одновибратора подключен к S-входу пятого триггера.

149 386 7

С<><>гани гель В. Белоs< р<>в

Техред А. Кравчук

Редакгор M.Бандура

Коррекгор М.Васильева

Заказ 4090/38 Тир аж 683 Пол<в«иое

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113!)3>, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101