Ультразвуковой дефектоскоп

Ультразвуковой дефектоскоп

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 29/!Ч

i !

| 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

На Лиг. 1 изображена структурная ф схема ультразвукового (УЗ) дефекто-,мр скопа; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, Ф.

УЗ де*ектоскоп содержит последовательно электроакустически соединенные синхронизатор 1, первый формирователь 2 задержки, генератор импульсов возбуждения (ГИВ) 3, передающий преобразователь (ПЭП) 4 и приемный преобразователь (ПЭП) 5, усилитель 6, регистратор 7, индикатор 8, второй ,формирователь 9 задержки, вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, блок 10 памяти, вход котороГОСУДАРСТВЕНННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4677230/?8 (22) 11.04.89 (46) 07.04.91, Бюл, 11 - 13 (71) Всесоюзный научно-исследователь- ский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов (77) А.H. Ралдугин, Г.B. Цвей и В.С. Гаврев (53) 620.179.16(n88.8) (56) Патент США Н - 4482889, кл. G nl N 29/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР

1411658, кл. G 01 N 29/04, 1988. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЛЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано в автоматизированных установках для контроля материалов и изделий в машиностроении, энергетике и другнх отрасI

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано в автоматизированных установках для контроля материалов и изделий в машиностроении, энергетике и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение достоверности и производительности контроля за счет автоматизации процесса точной непрерывной диагностики работоспособности генератора импульсов возбуждения с подключенным передающим преобразователем при любых значениях амплитуд, „„SU„„1640630 А 1

2 лях промьш ленности, Цель изобретения— повышение достоверности и производительности контроля за счет автоматизации процесса точной непрерывной диагностики работоспособности генератора импульсов возбуждения с подключенным передающим преобразователем при любых значениях амплитуд. Определение работоспособности последнего осуществляется в каждом такте зондирования путем сравнения приведенной к входу компараторов амплитуды импульсов возбуждения, которая задается кодом n&N с программатора н может менять я в процессе контроля с верхним 04 и нижним 1 .< порогами. Разность а

Ф последних принимается достаточной для отстройки от возможных флуктуаций амплитуды импульсов возбуждения, не связанных с нарушением работоспособ- С ности передающего электрического трак- . та. 2 ил.

1640630.4

ro соединен общей магистралью с информационным входом ГИВ 3, первый компаратор 11, последовательно соединенные блок умножения кодов (БУК) 12, первый вход которого подключен к вы. ходу блока 10 памяти, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13 и первый аттенюатор 14, последовательно со единенные второй аттенюатор 15, вход которого подключен к выходу ГИВ 3, второй компаратор 16,пер„вый триггер 17, блок 18 антисовпадений и второй триггер 19, второй вход которого подключен к выходу второго формирователя 9 задержки, и третий триггер 20, первый вход которого подключен к выходу первого компаратора

1l второй — к второму входу первого триггера 17, к третьему входу второго 20 триггера 19 и к выходу синхронизатора 1, выход к первому входу индикатора 8 и второму входу блока 18 антисовпадений, первый вход первого компаратора 11.подключен к выходу второ- 25 го аттенюатора 15, второй — к первому выходу первого аттенюатора 14, второй вход БУК 12 подключен к общей магистрали, второй выход первого аттенюатора 14 подключен к второму вхо- 30 ду второго компаратора 16, вход усилителя 6 подключен к приемному ПЭП

5, выход — к первому входу регистра тора 7, а выход второго триггера 19 подключен к вторым входам регистратора 7 и индикатора 8.

Позициями 21-30 обозначены выходы сигналов с блоков УЗ дефектоскопа.

Дефектоскоп работает следующим об- 40 разом.

Перед началом контроля при работе . дефектоскопа в составе автоматизированной программно-управляемой установки УЗ контроля оператор с помо-. 45 щью известного программатора или устройств ввода-вывода ЭВМ (не показаны} задает числовой код, определяющий амплитуду импульса возбуждения.

Указанный код по общей магистрали поступает на информационные входы

ГИВ 3 и адресные входы блока 10 паl ,мяти.

Известно, что любой реальный

ГИВ 3 обладает ненулевым выходным со>5 противлением и конечным значением . выходной мощности, В результате чего амплитуда импульса возбуждения на его выходе зависит от подключаемой нагрузки: линии связи, имеющей спределенные электрические параметры: емкость, индуктивность и др., и преобразователя 4 (в том случае, если длиHB линии связи невелика), Отношение амплитуды 1J@ импульса возбуждения на выходе ГИВ 3 при подключенной нагрузке к амплитуде U< того же импульса при холостом ходе определяется, в частности, параметрами конкретной нагрузки и не зависит от абсолютного значения амплитуды U холостого хода, так как приизменении значения последней и отсутствии каких-либо отказов электрические параметры нагрузки и выходные параметры ГИВ 3 не изменяются, т,е. справедлива зависимость

UH=êU, (13 где К вЂ” коэффициент, работу ГИВ 3 с подключенной нагрузкой.

Очевидно, что изменение параметров нагрузки (например, смена типа преобразователя, разброс параметров преобразователей в пределах одного типа, изменение длины линии связи и т.п. вызывает соответствующее изменение коэффициента К, и наоборот, при неизменной нагрузке значение К постоянно для любых величин устанавливаемых амплитуд U импульсов возбуждения.

В свою очередь 11 связано функциональной зависимостью со значением и числового кода амплитуды, устанавливаемым на информационном входе

ГИВ 3

U =oF (n) для и< .1, (2) где F(n) — математическое выражение зависимости амплитуды импульса возбуждения от величины и; р — коэффициент -пропорциональности, учитываю-щий переход от безразмерных математических величин к единицам напряжения, p=cosnt для данного ГИВ 3; N— максимально возможное значение числового кода амплитуды. Путем подстановки (2) в (1) получаем

Uq=kpF (n) для nfl, . (3)

Так, например, линейная или экспоненциальная зависимости амплитуды импульса возбуждения от устанавливаемого кода выражаются следующим образом:

ЦН=Крп ПИ=Кр8 соответственно. функциональная зависимость (3 ) выполняется только в случае работоспособности каждого из блоков передающего электрического трак-

30 6

16406 та, включающего ГИВ 3 и передающий

ПЭП 4, соединенные короткой линией . связи. В случае отказа какого-либо блока или линии связи указанная функ5 цианальная зависимость нарушается.

Значение коэффициента К определяется расчетным путем или эксперименталь но для каждой конкретной нагрузки и предварительно вводится оператором в числовом коде по общей магистрали в БУК 12, Числовые коды амплитуды импульса возбуждения и и коэффициента К могут быть. введены в указанные блоки, либо последовательна двумя словами, осуществляя при этом известными способами адресацию информации, либо одним словом, одна часть разрядов которого определяет амплитуду, а другая-.коэффициент К. При этом ин- 20

Формационные входы ГИВ 3, адресные входы блока 10 памяти и второй вход

БУК 12 подключаются к соответствующим разрядам общей магистрали.

Во время проведения контроля синх- 25 ронизатор 1 вырабатывает синхранизирующие импульсы 21, частота следования которых равна требуемой частоте посылок зондирующих импульсов в изделие. С приходом очередного синхра- 30 импульса на вторые входы (сброс l) первого и третьего триггеров 17 и 20 и на третий вход (сброса} второго триггера 19 последние устанавливаются в состояние "0". Кроме того, через время 1, обеспечиваемое первым фарми = рователем 2 задержки, синхроимп 22 поступает на вход запуска ГИВ 3, в результате чего последний возбуждает передающий ПЭП 4. Импульс УЗ колебаний, излучаемый передающим ПЭП 4, проходя через изделие, отражается от различных неоднородностей, улавливается приемным ПЭП 5 и далее, преобразованный, поступает на вход усилителя 6. В ультразвуковом дефектоскопе может быть применен один совмещенный приемопередающий преобразователь (не показан), Усиленные в усилителе 6 сигналы подаются на первый вход регистратора 7.

С выхода ГИВ 3 импульс возбуждения, амплитуда которого несет в себе информацию об исправности передающего электрического тракта, поступает на вход резисторно-емкостного второго аттенюатора 15, а с его выходана первые входы идентичных первого

11 и второго 16 компараторов (фиг.2, паз. 23). Постоянный каэФФициент деления второго аттенюатара 15 выбирается таким, чтобы при максимальна возможной амплитуде сигнала, посту" паюк.em на ега вход, амплитуда сигнала с ега выхода не превышала максимально дапустимага значения для вхо--. дов используемых компаратарав 11 и

16. Таким образом осуществляется приВедение амплитуды имп льса Базбужде ния к входам компараторов.

С другой стороны, числовой кад и амплитуды импульса возбуждения, преобразованный, как будет показана ниже, в блоке 1О памяти и БУК 12, поступает на вход линейного ЦАП 13, где преобразуется в постоянное напряже:-ие соответствующей величины. После деления в первом аттенюатаое 14„ пастпае.-:— ным, например, на основе трех резисTopoR R1-R. . напряжения U и 11

его первого и второго выходов подают"ся на вторые входы кампаратарав 11 и 16 соответственно, причем Б )Б

Коэффициент деления (2 +R>}j(R1+З,+R;, первого а тенюатора 14 для первого выхода (111} установлен таким, %To npu поступлении на ега вход максимальнага уровня напряжения с ЦАЛ 13, напряжение

U нс превышает максимальна допусти.мой величины для входа первого компаратара 1!. Резистор R может быть подключен, например, к "земле" либо к источнику постоянного напряжения (не показан) .

Определение работоспособности пе- редающего электрического тракта ультразвукового дефектоскапа производит:.я путем сравнения приведенной к входу компараторов амплитуды импульса возбужденйя с верхним U< и нижним Ug порогами (Фиг.2, поз. 23). В случае превышения амплитуды импульсов возбуждения над Ur или U< на выходе первого 11 или второго 16 компаратаров соответственно устанавливается уровень логической "1 . В противном случае на выходах компараторов 11 и 16 поддерж:.вается уровень "0".

Относительно разность напряжении U!! и U (например, в процентах) или об- ласть допустимых значений амплитуд определяется отношением величины сопротивления Rg к суммарному сопро-. тивлению (R<+R<+R>) первого аттеиоз-. тора 14. Дпя повышения точности диа " ностики разность U < и П принимает-, ся малой, но достаточной для отстрой"-.

1640630 ки от возможных флуктуаций амплитуды импульса возбуждения, не связанных с нарушением работоспособности передающего электрического тракта. Очевидно, что с изменением уровня напряжения на входе первого аттенюатора 14 величина области допустимых значений не изменяется.

Возможны три случая, 1О

Случай I (Лиг.2, поз.23) приведенная амплитуда импульса возбуждения находится в области допустимых значе-, ний, передающий электрический тракт в работоспособном состоянии. Как было 15 показано выше, по очередному синхроимпульсу происходит сброс в состояние "0" триггеров 17,19 и 20, а через время ь — запуск ГИВ 3. С выхода пол следнего импульс возбуждения поступа- 20 ет на передающий ПЭП 4, а через второй аттенюатор 1 5 — на первые входы компараторов 11 и 16. Так как приведенная амплитуда импульса возбуждения превышает нижний порог. (уровень Ug), но меньше верхнего (уровень U ); то на

Э время указанного превышения на выходе второго компаратора 16 устанавливается уровень логической "1" (фиг,2, поз. 24), который переводит первый 30 триггер 17 также в состояние "1" (Фиг.3,.поз. 26) по его первому входу (установки). На выходе первого компаратора 11 поддерживается уровень

"О" (фиг„ 3, поз. 25), свидетельствую-35 щий о непревышении амплитуды импульса возбуждения верхнего порога Ut, в результате чего третий триггер. ?О

It tt сохраняет в дальнейшем состояние О (фиг.2, поз, 27). Временной интервал 40 первого формирователя 2 задержки устанавливается таким, чтобы к моменту прихода сигналов установки с вы. ходов соответствующих компараторов на триггеры 17 и 20 переходные про- . 45 цессы, связанные со сбросом последtl It них по синхроимпульсу в состояние 0 были полностью завершены,, Таким образоМ, на первом входе блока 18 антисовпадений устанавливается уровень ло-50 гической "1", а на втором сохраняется уровень "0", в результате чего на его выходе устанавливается уровень логической "1", поступающий далее на первый (информационный) вход второго триггера 19, выполненного в вире D"òðèããåðà, Запись информации в .последний производится с приходом на его второй вход синхроимпульса 29, фф 1

caBHHyTorn на время во втором bop.мирователе 9 задержки, Длительность временного интервала выбирается, например, из условия отстройки от переходных процессов, связанных с установкой триггеров 17 и 20, а также блока 18 антисовпадений по выходным сигналам соответствующих компаратаров, Кроме того, длительность временного интервала должна быть достаточна в том случае, когда амплитуда импульса возбуждения достигает своего наибольшего значения вп втором или третьем периоде, что возможно . при возбуждении передающего ПЭП 4, например, импульсом с колоколообразной огибающей, Длительность временного интервала !, может также выбираться из усЛ лония заведомого превышения последней длительности импульса возбуждения. Очевидно, что у c!(ôèã.2, Л Л паз, 29) . После установки второго триггера 19 в состояние "1" на первом и втором входах индикатора 8 присутствует логическая комбинация

"0-!" соответственно, свидетельствующая об исправности передающего электрического тракта ультразвукового дефектоскопа. Б инидикаторе 8 происходит ее дешифрация известными методами и индикация работоспособного состояния. для оператора. Кроме того, уровень логической "1" поступает на второй вход регистратора 7, разрешая, например, запись и обработку информации о дефектах и других неоднородностях контролируемого иэделия, принятой приемным ПЭП 5 в данном такте и усиленной в усилителе 6, В регистраторе производится выделение контролируемой зоны,. определение размеров дефектов, глубин их залегания и т.д.

Случай II, Приведенная амплитуда импульса возбуждения не превышает ни один из заданных порогов (фиг.2, поз. 23), передающий электрический тракт неработоспособен, В этом случае ни один из компараторов 1! и !6 в данном такте не изменяет своего состояния на противоположное (фиг.2, поз. 24 и 35), На выходах первого !7 и третьего 20 триггеров, где предварительно сброшены синхроимпульсы в состояние"О", а также выходе блока 18 антисовпадений сохраняется уровень "0" (фиг,2, поэ, 26-28), и с приходом импульса 29 записи на второй триггер 19 последний остает16406 ся в состоянии "0" (Аиг,2, поз. 30}

В индикаторе 8 происходит дешифрация логической комбинации "0-0", присутствующей в рассматриваемом случае на

его входах, и индикация оператору неработоспособного состояния, например

"амплитуда импульса возбуждения меньше необходимой", Уровень "0" с выхода второго триггера 19 подается также на второи вход регистратора 7, запрещая запись и обработку последующей информации как недостоверной, а в автоматизированных установках ультразвукового контроля указанный сигнал может поступать и на исполнительное устройство (не показано), приостанавливающее сканирование контролируемого изделия до устранения неисправности передающего электрического 20 тракта.

Случай III. Приведенная амплитуда импульса возбуждения превышает верхний порог (фиг.2, поз,23, III), передающий электрический тракт находится в неработоспособном состоянии. В .этом случае с приходом импульса возбуждения повышенной амплитуды в данном такте каждый из компараторов 11 и 16 устанавливается в состояние "1 на все время превышения соответствующего порога (фиг.2, поз, 24 и 25), Это приводит к установке триггеров 17 и

20 в состояние "1" (фиг.2, поз, 26 и 27), В результате присутствия на обоих входах блока 18 антисовпадений логической комбинации "1 — 1" на выходе последчего сохраняется состояние

"0" (фиг.2, поз. 28) и с приходом им40 пульса 29 записи второй триггер 19 не изменяет своего состояния "0", в которое он был сброшен синхроимпуль. сом в начале данного такта. На входах индикатора Я присутствует логичес-45 кая комбинация "1 — 0" (первый вход"1", второй вход — "0"), также свидетельствующая о неисправности передающего электрического тракта. В индикаторе 8 происходит ее, дешифрация и индикация для оператора, например 1

"амплитуда импульса возбуждения больше необходимой". Кроме того, уровень

"0" на втором входе регистратора 7 запрещает запись и обработку принимае,мой ПЭП 5 информации как недостоверной, .а в автоматизированных установках приостанавливает также и сканирование изделия, 0

t .!

Блок 10 памяти выполнен, например, в виде программируемой логической матрицы на основе микросхем постоянных или перепрограммируемых запоминающих устройств и реализует следующую зависимость выходного кода Ь от величины входного кода n:

L=P(n) для п4Я, (4)

Иными словами, в ячейке блока 10 памяти с адресом, равным и, содержится значение L в соответствии с (4), а сам блок 10 памяти является цифровым эквивалентом ГИВ 3, так как зависимости значений числового кода L на выходе первого и амплитуд импульса возбуждения на выходе второго от подаваемого кода и совпадают, Преобразование (4 ) необходимо для обеспечения одного закона изменения (линейного, экспоненциального или др.) приведенной амплитуды импульса возбуждения и уровня напряжения с выхода ЦАП 13 с соответствующими ему порогами U 1 и

U . БУК 1? производит умножение числового кода L на предварительно введенный числовой код коэффициента K для учета отличия приведенной амплитуды импульса возбуждения при работе

ГИВ 3 на нагрузку передающщий ПЭП 4, подключенный короткой линией связи ) от соответствующей амплитуды того же импульса на холостом ходу (т.е. для учета зависимости (1)). Таким образом, совокупность блока 10 памяти и БУК 12 позволяет получить зависимость уровня напряжения с выхода

ЦАП 13, подобную зависимости (3) амплитуды импульсы возбуждения от параметров передающего электрического тракта (коэффициента К) и величины числового кода п, Блок 10 памяти и БУК 12 могут быть объединены в один блок преобразователя кода (не показан). В этом случае в его ячейках хранятся не только коды преобразованные в соответствии с (4), но также и их произведения для всех пай на коэффициенты К, предварительно определенные для всех используемых вариантов и сочетаний передающих ПЭП и линий связи. Преобра зователь кода может быгь построен в виде двумерной матрицы ч11М (где МХисло вариантов, для которых вычисле* ны козЫ>ициенты К). Во время работы дефектоскопа при поступлении на ад ресные входы указанного блока кодов и и К, соответствующих выбранному

164063 варианту, иэ ячейки, находящейся на пересечении, например, и-й строки и K-го столбца, считывается новое преобразованное значение числового кода, которое поступает далее на

IIAH 13.

При необходимости в процессе контроля на информационные входы ГИВ 3 и адресные входы блока 10 памяти подается новое значение числового кода амплитуды. В результате, при неизменных параметрах нагрузки (т.е. при

К=сопзС), на выходе ГИВ 3 произойдет

1k изменение амплитуды импульса возбуж!

5 дения в соответствии с (3) . Аналогично изменяется и приведенная амплитуда импульса на выходе второго аттенюатора 15. Одновременно блок 10 памяти устанавливает новое значение числового кода в соответствии с (4), которое перемножается в БУК 12 с ранее введенным и не изменяемым в данном случае кодом К и преобразуется далее с помощью ЦАП 13 в уровень 25 напряжения такой величины, что при полной исправности передающего электрического тракта ультразвукового дефектоскопа.изменившаяся приведенная амплитуда импульса возбуждения вновь окажется в области допустимых значений„ т.е. в пределах от U до U, о чем будет произведена индикация оператору индикатором 8. В противном случае произойдьт индикация неработоспособного состояния и регистратор 7 прекратит обработку кнформа .сии о

Если же при неизменном числовом коа де и. амплитуды импульса возбуждения

ГИВ 3 производится замена, например, типа передающего ПЭП или используется линия связи с другими параметрами, 1 то на второй вход БУК 12 подается в виде числового кода новое значение коэффициента К, которое перемножается далее с неизменяемым в данном случае значением числового кода L таким образом, что приведенная амплитуда импульса возбуждения вновь окажется в области допустимых значений.

Автоматическая перенастройка устанавливаемых .порогов сравнения (области допустимых значений) в случае программного изменения амплитуды импуль55 са возбуждения или изменения параметров передающего электрического тракта дефектоскопа (например, замена передающего ПЭП, линии связи) позволяет

0 12 исключить трудоемкие ручные операции по перенастройке и связанные с этим затраты времени, что сказывается весь-ма ощутимо в многоканальных установках и повышает производительность ультразвукового контроля. Указанное свойство приобретает особое значение при использовании дейектоскопа в составе автоматизированных программно управляемых установок ультразвукового контроля, В этом случае при контроле, например, изделий сложной формы, композитных, при послойном контроле тре= буется изменение амплитуды импульса возбуждения по специальной программе вплоть до каждого такта. Точная перестройка порогов сравнения, производимая автоматически без участия оператора синхронно с.любым программным изменением амплитуды импульса возбуждения, значительно повышает как производительность, так и достоверность ультразвукового контроля.

Таким образом ультразвуковой дефектоскоп позволяет повысить достоверность ультразвукового контроля за счет непрерывной точной диагностики амплитуды импульса возбуждения, а также прекращения обработки и регистрации недостоверной информации и немедленной автоматической индикации в случае отказа какого-либо из блоков передающего электрического тракта. Повышение достоверности диагностики и производительности ультразвукового контроля достигается также за счет отстройки от возможных малых флуктуаций амплитуды импульса возбуждения, не связанных с нарушением исправности указанного тракта,и предотвращения ложных срабатываний индикатора. В этом случае отпадает необходимость приостановки процесса ультразвукового контроля для поиска фактически не существующей неисправнос-. ти. Повышение производительности контроля достигается также тем, что диагностика передающего электрического тракта производится в каждом такте работы дейектоскопа, за счет чего отпадает необходимость в периодической приостановке процесса ультразвукового контроля для проверок работоспособности, а наглядная индикация позволяет определить возможный характер повреждения и сократить днапазон его поиска, чем уменьшается время ремон1б40б30

14 та, а также повышается в целом производительность контроля. формула и з о б р е т е н и я

Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, первый формирователь задержки, генератор импульсов возбуждения, передающий и приемный преобразователи, усилитель, регистратор, индикатор, второй Аормирователь задержки, вход которого подключен к выходу синхронизатора, блок памяти, вход которого .соединен общей магистралью с информационным входом генератора импульсов возбуждения, и первый компаратор, отличающийся тем, что, . с целью повышения достоверности и производительности контроля, он снабжен последовательно соединенными блоком умножения кодов, первый вход которого подключен к выходу блока памяти, цифроаналоговым преобразователем и первым аттенюатором, последовательно соединенными вторым аттенюатором, вход которого подключен к выходу генератора импульсов возбуждения, вторым компаратором, первым триггером, блоком антисовпадений и вто5 рым триггером, второй вход которого подключен к выходу второго формирователя задержки, и третьим триггером, первый вход которого подключен к выходу первого компаратора, второй— к второму входу первого триггера, к третьему входу второго триггера и к выходу синхронизатора, выход — к первому входу индикатора и второму входу блока антисовпадений, первый вход первого компаратора подключен к выходу второго аттенюатора, второй— к первому выходу первого аттенюатора, второй вход блока умножения кодов подключен к общей магистрали, 11 второй выход первого аттенюатора подключен х второму входу второго компаратора, вход усилителя подключен к приемному преобраэователю, выход— к первому входу регистратора, а вы25 ход,второго триггера подключен к вторым входам регистратора и индикатора.

Составитель Р. Белозеров

Редактор F.. Савина Техред П,Олийнык Корректор М. Пожо

Заказ 1263 Тираж 400 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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