Ультразвуковой цифровой толщиномер

Ультразвуковой цифровой толщиномер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в машиностроении при ультразвуковой толщинометрии. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых тол щи А. Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, PC-преобразователь, усилитель, пороговое устройство, формирователь временного интервала, АЦП, запоминающее устройство, арифметическое устройство, устройство входа, пусковое устройство, блок управления и цифровой индикатор. Определение величины измеряемой толщины S по известному количеству счетных импульсов производится автоматически согласно выражению; S N/a-b, где а - масштаб измерения , определяющий сколько счетных импульсов приходится на единицу толщины; b - величина задержки начала отсчета толщины, которая пропорциональна времени to прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразователя. Значения коэффициентов а и b определяют при калибровке толщиномера согласно выражениям: a(Ni-N2)/(Si-S2). ,, где Si и S2 значения толщин калибровочных образцов; N и N2 - число счетных импульсов , пропорциональных толщинам Si и S2 соответственно. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I 9) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ . КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4480112/28 (22) 05.09.88 (46) 07.07,92. Бюл. М 25 (71) Самарский филиал Научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей (72} В.Н..Юрин и В,В,Купцов (53) 620.179.16(088,8) (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЦИФРОВОЙ ТОЛЩИНОМЕР (571 Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в машиностроении при ультразвуковой толщинометрии. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых. толщий. Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, РС-преобразователь, усилитель, пороговое устройство, формирователь вреИзобретение относится к нераэрушающим методам контроля и может быть использовано в ультразвуковой. (УЗ) толщинометрии.

Известно устройство, содержащее последовател ьно соединен н ые синхронизатор, генеоатор зондирующих импульсов, раздельно-совмещенный (РС) преобразователь, усилитель и пороговое устройство, последовательно соединенные формирователь временных интервалов, аналого-цифровой преобразователь.(АЦП) и цифровой индикатор, а также генератор импульсов заn»s G01N29/04 ф 1 Д g g менного интервала, АЦП, запоминающее устройство, арифметическое устройство, устройство входа, пусковое устройство, блок управления и цифровой индикатор. Определение величины измеряемой толщины S no известному количеству счетных импульсов производится автоматически согласно выражению; S=N/а-Ь, где а — масштаб измерения, определяющий сколько счетных импульсов приходится на единицу толщины; Ь вЂ” величина задержки начала отсчета толщины, которая пропорциональна временй t0 и рохождения УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразователя.

Значения коэффициентов а и Ь определяют при калибровке толщиномера согласно выражениям: а=(Й1-Й2)/(S 1-Sz}, Ь=Й1/а-$1,, где

S1 и Sz — значения толщин калибровочных образцов; И1 и Nz — число счетных импульсов, пропорциональных толщинам S1 и Sz соответственно. 1 ил. держки, вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход — с вторым входом формирователя вре-. менных интервалов, Недостатком этого устройства является недостаточиая точность измерения толщин ы, обусловленная наличием ошибки от нестабильности длительности импульса задержки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является УЗ-толщиномер. содержащий последовательно соединенные

1746295

10

55 синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и УЗ-преобразователь, последовательно соединенные усилитель, пороговое устройство и формирователь временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход соединен с входом блока АЦП, блок управления и цифровой индикатор.

Недостатком известного устройства является невозможность измерять толщины менее 1,5 мм, измерять толщины иэделий с большой кривизной поверхности, что обусловлено конструкцией УЗ-преобразователя.

Кроме того, используемый беээталонный способ измерения, реализованный в известном устройстве, дает большую погрешность при измерении толщины стенок изделий из аниэатропных материалов, так как скорость УЗ-волн различна в зависимости от направления распространения ультразвука.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых толщин, Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и УЗ-преобразователь, последовательно соединенные усилитель, пороговое устройство и формирователь временного интервала, при этом вход усилителя соединен с выходом УЗ-преобразователя, второй вход формирователя временного интервала соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход формирователя временного интервала соединен с входом АЦП, блок управления и цифровой индикатор, дополнительно снабжено пусковым устройством, а также последовательно соединенными устройством ввода, коммутатором, запоминающим устройством и арифметическим устройством, причем выход блока АЦП соединен с вторым входом коммутатора, выход арифметического устройства соединен с входом цифрового индикатора и с третьим входом коммутатора, выход пускового устройства соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с вторым входом запоминающего устройства, третий выход блока управления соединен со вторым входом арифметического устройства.

На чертеже представлена блок-схема

УЗ цифрового толщиномера.

УЗ цифровой толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, УЗ-преобразователь 3, усилитель 4, пороговое устройство 5, формирователь 6 временного интервала,.АЦП 7, коммутатор 8, запоминающее устройство 9, арифметическое устройство 10, цифровой индикатор 11, а также устройство 12 ввода, пусковое устройство 13 и блок 14 управления, причем выход генератора 2 зондирующих импульсов соединен также с вторым входом формирователя 6 временных интервалов, выход устройства 12 ввода соединен с другим входом коммутатора 8, выход арифметического устройства 10 соединен также с третьим входом коммутатора 8, выход пускового устройства 13 соединен с входом блока 14 управления, первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора 8, второй выход — с вторым входом запоминающего устройства 9, третий выход — с вторым входом арифметического устройства

10, четвертый выход — с вторым входом цифрового индикатора 11, УЗ цифровой толщиномер работает следующим ооразом, Импульсы с выхода синхронизатора 1 запускают генератор 2 зондирующих импульсов. Зондирующие импульсы поступают на излучающую часть УЗ-преобразователя

3 и преобразуются в УЗ-импульсы. Эти импульсы излучаются в изделие, отражаются от его противоположной поверхности, и поступают на приемную пьеэопластину УЗпреобразователя 3, где преобразуются в электрические импульсы, Одновременно с этим зондирующие .импульсы запускают формирователь 6 временного интервала, Электрические импульсы с выхода преобразователя 3 усиливаются с помощью усилителя 4 и подаются на пороговое устройство 5, Импульсы с выхода порогового устройства

5 возвращают формирователь 6 временного интервала в исходное состояние, в.результате чего на его выходе получают измерительные импульсы длительность которых равна сумме t=to+t>. где to — время прохождения У3-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразователя 3, — время прохождения УЗ-импульсов через изделие.

Затем измерительные импульсы длительностью t преобразуются в АЦП 7 в число импульсов, которое состоит из суммы N<+N>. где число импульсов No и N> пропорциональны временам to и t> соответственно, АЦП 7 может быть выполнен в виде преобразователя время-код с регистром памяти, Определение величины измеряемой толщины S по известному количеству счетных импульсов производится автоматически согласно выражения

1746295

S = — — Ь., N а где а — масштаб измерения, определяющий сколько счетных импульсов приходится на единицу толщины;

b — величина задержки начала .отсчета толщины, которая пропорциональна времени to прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразователя.

Определение значений коэффициентов а и Ь производят в процессе калибровки

УЗ-толщиномера по двум калибровочным образцам с известными толщинами S1 и $г, причем S»Sz, Для этого производят следующие операции. Переключают блок 14 управления в режим "калибровка", В устройство 12 ввода, представляющее собой клавиатуру с шифратором и регистром памяти, заносят значение толщины S>, приводят в действие, например, с помощью кнопки пусковое устройство 13, которое может быть выполнено в виде генератора тактовых импульсов со счетчиком, Код сформированный счетчиком поступает в блок 14 управления, представляющий собой постоянно программируемое запоминающее устройство (ППЗУ) с дешифратором и переключателем рода работ "Калибровка" и

"Измерение", ППЗУ хранит алгоритм работы толщиномера в этих режимах. Блок 14 управления выдает разрешающийсигнал на коммутатор 8 и сигнал записи на запоминающее устройство (ЗУ) 9..Затем в устройство

12 ввода заносят значение Яг и как в первом случае производят запись Яг в ЗУ 9. После этого устанавливают преобразователь 3 на калибровочный образец толщиной S>. На выходе АЦП 7 появляется код N>. Включают пусковое. устройство 13 и известным способом производят запись значения N> в ЗУ 9.

Затем устанавливают преобразователь

3 на калибровочный образец с толщиной Яг.

На выходе АЦП 7 появляется код числа Мг.

При включении пускового устройства 13 его выходные сигналы иницируют работу блока 14 управления и его ППЗУ выдает управляющие сигналы на коммутатор 8 и ЗУ 9, йг записывается ЗУ 9. После этого блок 14 управления выдает серию управляющих импульсов на коммутатор 8, ЗУ 9, арифметическое устройство 10, которое производит вычисление коэффициентов а и Ь по формулам

N> — Йг . N> а-; Ь= — — — S<

S1 — S2 а и заносят их в ЗУ 9, В качестве арифметического устройства 10.может быть использован микропроцессор.

55 предлагаемый толщиномер позволяет изме-. рять меньшие толщины стенок начиная с

После этого блок 14 управления переключают в режим "Измерение" путем подключения области ППЗУ с соответствующей и рограммой.

Для измерения толщины изделия ставят преобразователь 3 на изделие. В результате этого на выходе АЦП 7 появляется код числа

N, пропорционального толщине изделия„

При включении пускового устройства 13 его выходные сигналы иницируют работу блока

14 управления и он выдает управляющие сигналы на коммутатор 8, ЗУ 9, арифметическое устройство 10 и цифровой индикатор

11 в результате чего происходит вычисление

N толщины по формуле S = — — b. Результат а заносится в цифровой индикатор 11.

Предлагаемый УЗ цифровой толщиномер позволит повысить точность измерения толщины и расширить диапазон измеряемых толщин.

Повышение точности измерения происходит по следующей причине. При измерении толщины стенок изделия с помощью преобразователя из временного интервала

i между зондирующим импульсом и эхо сигналом вычитают интервал времени to, равный времени прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы преобразователя.

Полученный интервал времени ti пропорционален толщине изделия. В известном устройстве временной интервал формируют с помощью генератора импульсов задержки.

Нестабильность длительности импульсов такого генератора при изменении температуры окружающего воздуха от 0 до 40 С составляет примерно 1%. Изменение длительности импульса tp на величину

Лс=0,0110 вызывает такое же уменьшение интервала О, так как интервал времени t от температуры практически не изменяется, При высоте призмы преобразователя, которые обычно изготавливаются из оргстекла, равной 10 мм, величина интервала „равна

8 мкс. В этом случае Л 1=0,01, 10=0,08 мкс.

Уменьшение ti на 0.08 мкс при измерении толщины стенки изделия, изготовленного из алюминия и равной 1 мм, приводит к погрешности измерения, равной 27%. В предлагаемом толщиномере генератор импульсов задержки отсутствует. Следовательно, отсутствует и погрешность им вызываемая. Предлагаемый толщиномер позволяет упростить процесс калибровки, что особенно важно при разработке автоматизированных систем измерения толщины стенок иэделий.

По сравнению с известным устройством

1 746295

0.4-0,5 мм при радиусе кривизны выпуклой поверхности 2 мм и более, а также при радиусе кривизны вогнутой поверхности не менее 5 мм.

Составитель В. Юрин

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор В. Гирняк

Редактор Н. Бобкова

Заказ 2391 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

Ультразвуковой цифровой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и ультразвуковой преобразователь, последовательно соединенные усилитель, пороговое устройство и формирователь временного интервала, второй вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход соединен с входом .блока АЦП, блок управления и цифровой индикатор,отличающийся тем,что,с целью повышения точности измерений и расширения диапазона измеряемых толщин, он снабжен пусковым устройством,.а также последовательно соединенными уст5 ройством ввода, коммутатором, запоминающим и арифметическим устройствами, выход блока АЦП соединен с вторым входом коммутатора, выход арифметического устройства — с входом цифрового индикатора и

10 с третьим входом коммутатора,. выход пускового устройства — с входом блока управления, первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управления соединен со входом

15 запоминающего устройства, а третий выход блока управления — с вторым входом арифметического устройства,