Способ измерения толщины ленточных материалов

 

Изобретение относится к области ультразвуковых методов контроля толщины материалов. Цель изобретения - повысить чувствительность измерений. Излучают импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала, принимают ультразвуковые импульсы, прошедшие через контролируемый материал и по отношению амплитуд излученного и принятого импульсов судят о толщине материала, при этом длину волны излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из условия 2D<SB POS="POST">макс</SB>*98л*984D<SB POS="POST">мин</SB>, где D<SB POS="POST">макс</SB>, D<SB POS="POST">мин</SB>- соответственно максимальная и минимальная толщины контролируемого материала. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Л0„„1525 4

А1 (59 4 С 01 В 17/02 М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 А

С А, где

A»A —

R,;R

К

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГНН СССР

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4275027/25-28 (22) 02.07.87 (46) 30.11.89. Бюл. В 44 (71) Научно-производственное объединение "Союзцветметавтоматика" (72) А.Г,Некрасов, Н.И.Бражников и Л.А.Кондрашов (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 479406. кл, С Ol В 17/02, 1978, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЕНТОЧНЬБ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к ультразвуковым способам контроля толщины материалов. Цель изобретения

Изобретение относится к ультразвуковым методам контроля толщины материалов.

Цель изобретения — повышение чувствительности измерений.

На чертеже представлена зависимость коэффициента поглощения от соотношения толщины полистироловой ленты и длины волны ультразвуковых колебаний в полис тироле.

Способ осуществляется следующим образом, Посредством акустического преобраз ователя перпендикулярно пов е рхно сти контролируемого материала излучают импульсы ультразвуковых колебаний.

С помощью другого акустического преобразователя принимают импульсы с противоположной стороны листа.

Зависимость коэффициента поглощения волны от толщины контролируемого

2 повысить чувствительность измерений. Излучают импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала, принимают ультразвуковые импульсы

Э прошедшие через контролируемый материал, и по отношению амплитуд излученного и принятого импульсов судят о толщине материала, при этом длину волны излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из условия 2d va c Ъ ственно максимальная и минимальная толщины контролируемого материала, 1 ил. материала имеет вид, представленный на чертеже„. В общем случае коэффициент поглощения волны определяется по формул е коэффициент прохождения.волны через слой материала; соответственно. амплитуда падающеч волны и амплитуда волны, прошедшей через слой материала; соответственно акустический импеданс воздуха и контролируемого материала; толщина контролируемого листового материала; волновое число для волны в контролируемом материале.

1 525454

d 1

О(— (4

Акустические импедансы воздуха и контролируемого материала, а также волновое число обычно можно считать постоянными. При больших изменениях температуры листа или воздуха можно ввести соответствующую температурную коррекцию в результаты измерений.

В известном акустическом бесконтактном способе контроля толщины лис- 10 товых материалов измерения осуществляют на участке:

См где 9 -- - длина волны в. контролируеE мом материале1

f — частота ультразвуковых колебаний, В этом случае коэффициент поглощения волны Р увеличивается с увеличением толщины материала (см,чертеж), В рассматриваемом способе измерения толщины ленточных материалов длину волны излучаемых ультразвуковых колебаний подбирают такой, чтобы измерения осуществлялись на участке:

1 d, 1 с

4 % 2

Как видно из приведенной на чертеже зависимости, на этом участке коэффициент поглощения уменьшается с увеличением толщины контролируемого материала. Для того, чтобы обеспе- 35 чить однозначность измерений, послед— нее неравенство долж о соблюдаться при любых измейениях толщины материала в пределах диапазона измерения, 40

4d „ ) A 1

2Д „щ„, с 1, .

Дальнейшее увеличение частоты ультразвуковых колебаний, а следовательно, изменение длины волны нецелесообразно, так как резко увеличивается затухание ультразвуковых волн в воздухе и сужаются возможные диапазоны измерений, П р и и е р, При изготовлении полистироловой ленты необходимо контролировать ее толщину по всей ширине. Диапазон измерения 5-7 мм, Располагают излучатель и приемник соосно с противоположных сторон 55 ленты таким образом, чтобы пучок ультразвуковых колебаний падал перпендикулярно поверхности контролируемого материала„Йэмерение толщины в каж— дый отдельный момент времени осуществляют в точке пересечения оси, проходящей через центры излучателя и приемника, и поверхности ленты, Частоту излучаемых ультразвуковых колебаний в известном акустическом бесконтактном способе контроля толщины листовых материалов обычно выбирают так, чтобы обеспечить максимальную чувствительность измерений. Для этого необходимо подобрать оптимальное соотношение d/Ф

Алгоритмы расчета заключаются в с ледующем.

Последовательно задаются различными значениями d для каждого значения определяют соотношения d/%, соответствующие минимальной и максимальной толщине контролируемого материала, расчетом или графически определяют соответствующие значения коэффициента поглощения, значение % О, при котором происходит максимальное изменение коэффициента поглощения в данном диапазоне изменения толщины материала является оптимальным. Зная величину

Ъ „, и скорость ультразвука в контролируемом материале, определяют частоту ультразвуковых колебаний.

В данном случае оптимальная частота, при которой достигается максимальная чувствительность в известном способе измерения, равна 50 кГц, Чувствительность измерений при этом составляет 1 = — — = 250 1/мм Длина

d волны в воздухе равна h =6,6 мм.

Краевой эффект из-эа влияния дифракционной волны обычно (нсходя иэ экспериментальных данных) начинает сказываться на расстоянии 1=8> . Таким образом, на данной частоте можно контролировать толщину не ближе, чем в 50 мм от края ленты, Аналогично для рассматриваемого способа измерения толщины ленточных материалов оптимальная частота ультразвуковых колебаний составляет 161 кГц.

Чувствительность измерений равна

670 1/мм. Минимальное расстояние от края ленты, при котором влияние дифракционной волны можно не учитывать, составляет 16,8 мм, Нецелесообразность дальнейшего повышения частоты ультразвуковых колебаний рассмотрим на этом же примере.

В этом случае для определения толщины

1 d 3 с

2d„,а„ < 6 41 „„„„ мальная толщины контролируемого материала.

5, 152545 материала используют участок зависимости коэффициента поглощения от соотношения толщины материала и длины волны в контролируемом материале

Частота ультразвуковых колебаний при работе на этом участке должна быть 237 кГц, Длина волны в контролируемом материале соответственно равна 10 мм, Иэменение толщинь| материала от 5 до 7 мм вызывает соответствующее изменение соотношений 4/ от

0,5 до 0,7, коэффициент поглощения изменяется от 1 до 3317,6, Участок графика, близкий к линейному, находится между значениями d/9 от 0,5 до 0,6, а значения d /Ф изменяются в этом слу-20 чае от I до 2050, При дальнейшем увеличении соотношения d/9 эависимость становится существенно нелинейной, причем на участке d/8 =0,69-0,7 чувствительность падает в 3 раза ° Кроме 25 того, с увеличением коэффициента поглощения до 2500 и более амплитуда реального сигнала, поступающего на приемный акустический преобразователь, становится сравнимой с амплитудами собственных шумов пьезоэлементов и транзисторов„ Это приводит к необходимости выделения сигнала на фоне шумов, что резко усложняет аппаратурное решение прибора и ухудшает его

35 метрологические характеристики. Поэтому реальный диапазон измерения прибора, работающего на рассматриваемом участке зависимости,может быть 5-6 мм, 4 6 т.е. в два раза å, чем требуется

Кроме того, затухание ультразвуковых колебаний в воздухе увеличивается пропорционально квадрату частоты, т.е. использовать данный участок зависимости практически не возможно.

Следовательно, при определений толщины полистироловой ленты с применением предлагаемого способа измерения толщины ленточных материалов увеличивается чувствительность измерений в

2,8 раза, уменьшается эона влияния дифракционной волны вблизи края контролируемого материала.

Формула изобретения

Способ измерения толщины ленточных материалов, в соответствии с которым иэлучают уэкоспектральные импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала, принимают импульсы, прошедшие через контролируемый материал, и по соотношению амплитуд иэлученных и принятых импульсов судят о толщине материала, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, длину волны A излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают иэ условия

d макс ° d мин соответственно мак симальная и мини1525454

2.7

Составитель В.Кольцов

Редактор М,Келемев Техред M.Ходанич Корректор И.Муска

Заказ 7208/32 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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