RU1772728C - Устройство дл контрол качества изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике неразрушающих испытаний изделий ультразвуковым методом, основанным на регистрации ультразвуковых резонансных колебаний и сигналов акустической эмиссии. Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности контрол  качества за счет исключени  смешени  информационных сигналов акустической эмиссии и ультразвуковых резонансных колебаний. Принцип работы устройства основан «а сравнении сигналов эмиссии и резонансных колебаний на эталонном и контролируемом издели х при поочередном возбуждении в них колебаний в каждом из диапазонов качающейс  частоты и выводе результатов Сравнени  на блок индикации. Диапазоны частот выбирают близкими к информационным . 4 ил.

Description

(Л

с

Изобретение относитс  к неразрушающим испытани м изделий ультразвуковым методом, основанным на регистрации ультразвуковых резонансных колебаний (УРК) и сигналов акустической эмиссии (A3).

Известно устройство дл  контрол  качества изделий, содержащее последовательно соединенные генератор, пьезоизлучатель и пьезоприемник, перестраиваемый по частоте узкополосный усилитель и блок обработки и регистрации параметров УРК.

Недостатком данного устройства  вл етс  низкое качество контрол  вследствие того, что в нем регистраци  сигналов УРК и АЭ происходит без их разделени  по амплитудам или посто нным времени нарастани  сигналов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  устройство

дл  контрол  качества изделий, содержащее последовательно соединенные генератор качающейс  частоты, возбудитель и приемник механических колебаний, усилитель , пиковый детектор и индикатор ультразвуковых резонансных колебаний, а также преобразователь частота-напр жение, вход которого соединен с выходом генератора качающейс  частоты, а выход - с усилителем . Устройство снабжено также последовательно соединенными формирователем опорного напр жени , вход которого соединен с выходом преобразовател  частота-напр жение , интегратором с переменными параметрами, аналоговым вычитателем и регистратором акустической эмиссии, второй вход которого соединен с выходом генератора качающейс  частоты, а вторые входы интегратора и аналогового вычитател  соединены с выходом детектора.

V| XI

М VI ГО 00

Недостатком данного устройства  вл етс  низка  достоверность контрол  качества , вызываема  необходимостью изменени  качающейс  частоты возбуждени  в широком диапазоне, что приводит к смешению сигналов АЭ и УРК и невозможности идентификации дефектов по регистрируемым сигналам АЭ. Данное устройство не позвол ет производить контроль качества изделий различных типономиналов, т.к. настраиваетс  на регистрацию сигналов определенной крутизны, соответствующих издели м со строго определенными качествами.

Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности контрол  качества.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  контрол  качества изделий, содержащее генератор качающейс  частоты , первые излучатель и приемник механических колебаний, последовательно соединенные усилитель и пиковые детектор и блок индикации, снабжено последовательно соединенными п-кзнальным генератором дополнительных частот, п-канальным коммутатором, интегральным перемножителем , фильтром и первым двухканальным коммутатором, вторыми излучателем и приемником механических колебаний, вторым двухканальным коммутатором, двум  блоками выборки-хранени , блоком формировани  ограничений, инвертором, компаратором и блоком управлени , причем второй вход интегрального перемножител  соединен с выходом генератора качающейс  частоты, первый и второй выходы первого двухканального коммутатора соединены соответственно с первым и вторым возбудител ми механических колебаний, выходы первого и второго приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго двух- канальвого коммутатора, выход которого соединен с информационными входами первого и второго блоков выборки-хранени  через последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор, выход первого блока выборки-хранени  соединен с блоком формировани  ограничений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами ком- паратора, выход второго блока выборки-хранени  соединен с третьим входом компаратора, выход которого соединен с блоком индикации, первый выход блока управлени  подключен к управл ющему входу генератора качающейс  частоты, второй выход - ко входу сброса пикового детектора , третий выход - к управл ющим входам

двухканальных коммутаторов, к управл ющему входу второго блока выборки-хранени  и через инвертор к управл ющему входу первого блока выборки-хранени , а четвертый выход - к управл ющему входу п-ка- нального коммутатора.

При контроле качества серийных изделий , как правило, известны ультразвуковые резонансные частоты (УРК) небракованных

0 изделий, частоты акустической эмиссии (АС) бракованных изделий, а также амплитуды этих сигналов, которые могут существенно отличатьс  от средних значений в различных парти х одних и тех же изделий. Поэто5 му представл етс  целесообразным при проверке параметров качества контролируемых изделий сравнивать их с эталонным изделием, вз тым из контролируемой партии .

0 За эталонное примен етс  изделие, прошедшее предварительные испытани  его качества различными способами, в частности , визуальный контроль, контроль электрических параметров, виброконтроль

5 идр.(1).

Введение n-канального генератора дополнительных частот и n-каналного коммутатора совместно с генератором качающейс  частоты, интегральным пере0 множителем и фильтром позволило производить контроль изделий только на п частотах, называемых информационными, вблизи которых могут наблюдатьс  сигналы УРК и АЭ. позвол ющие сделать вывод о

5 качестве изделий и исключить из рассмотрени  диапазон частот, не несущих полезной информации. Диапазон качани  частоты вблизи n-й информационной частоты задаетс  генератором качающейс  частоты.

0 Введение первого и второго двухканальных коммутаторов, первого возбудител  и приемника механических колебаний, пикового детектора, первого устройства выборки-хранени , а также блока формирова5 ни  ограничений и двухуровневого компаратора обеспечило возможность оперативной настройки устройства на эталонное изделие с заданной степенью достоверности соответстви  контролируе0 мого и эталонного изделий. При этом, в общем случае, в качестве эталонного может быть использовано изделие любого класса, прошедшее предварительные испытани  известными методами-(1), вследствие чего

5 характеристика его качества заранее определена .

В различных парти х изделий, вследствие действи  разнообразных технологических факторов, амплитуды сигналов АЭ и УРК у контролируемых и эталонного издеV

лий с одинаковым качеством могут несколько отличатьс . Поэтому сравнение эталонного и контролируемого спектров сигналов в диапазоне частот, близком к одной из информационных, производитс  с некоторым допуском на возможное отклонение амплитуд сигналов АЭ и УРК от эталонных , что повышает достоверность контрол  и позвол ет контролировать издели  различных типономиналов с разными дефектами, так как не требует предварительной настройки на каждую партию изделий .

Достижение цели в данном устройстве происходит за счет сравнени  сигналов УРК и АЭ на эталонном и контролируемом издели х при поочередном возбуждении в них механических колебаний в каждом из п диапазонов качающейс  частоты и выводе результатов сравнени  с помощью блока индикации.

На фиг. 1-3 приведены функциональна  схема устройства, блока управлени  и блока индикации соответственно; на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на выходах блоков устройства.

Устройство дл  контрол  качества изделий содержит генератор 1 качающейс  частоты , последовательно соединенные n-канальный генератор 2 дополнительных частот, n-канальный коммутатор 3, интегральный перемножитель 4, выполненный на микросхеме 525ПС2, и фильтр 5, а также первые излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний, усилитель 8, пиковый де- текторЭ, компаратор 10. блок 11 индикации, блок 12 управлени .

Устройство также содержит первый 13 и второй 14 двухканальный коммутаторы, вторые излучатель 15 и приемник 16 механических колебаний, первый 17 и второй 18 блоки выборки-хранени , выполненные на микросхемах КР1100СК2, блок 19 формировани  ограничений, изготовленный на основе суммирующих усилителей типа К544УД2А, и инвертор 20.

Второй вход интегрального перемножител  4 соединен с выходом генератора 2 качающейс  частоты, выход фильтра 5 соединен с информационным входом первого 13 двухканального коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым б и вторым 15 излучател ми механических колебаний, выходы первого 7 и второго 16 приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго 14 двухканального коммутатора , выход которого соединен с информационными входами первого 17 и второго

18 блоков выборки/хранени  через усилитель 8 и пиковый детектор 9, выход первого 17 блока выборки-хранени  соединен с блоком 19 формировани  ограничений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора 10, выход второго 18 блока выборки/хранени  соединен с третьим входом компаратора 10. выход которого соеди0 нен с блоком 11 индикации.

Блок 12 управлени  (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор 23 тактовых импульсов и счетчик 24. Первый и второй выходы генератора 23  вл ютс  од5 повременно одноименными выходами блока 12 управлени , причем второй выход генератора 23 соединен со входом счетчика 24, первый выход которого  вл етс  третьим выходом блока 12 управлени , а второй

0 - четвертым выходом последнего.

Первый выход блока 12 управлени  соединен со входом генератора 1 качающейс  частоты, второй выход - со входом сброса пикового детектора 9, третий выход - с уп5 равл ющими входами первого 13 и второго 14 двухканальных компараторов, второго 18 блока выборки-хранени , а также через инвертор 20 с первым 17 блоком выборки-хранени , четвертый выход - с управл ющими

0 входами n-канального коммутатора 3 и блока 11 индикации.

Первые излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний жестко соединены с эталонным изделием 21, а вторые излуча5 тель 15 и приемник 16 механических колебаний жестко соединены с испытуемым изделием 22. В качестве возбудителей 6. 15 и приемников 7,16 механических колебаний использованы пьезоэлектрические датчики.

0Блоки 11 индикации (фиг.З) включает в

себ  последовательно соединенные дешифратор 25, n-канзльный блок 26 триггеров и световое табло 27, служащее дл  визуального контрол  сигналов, поступающих из ком5 паратора 10. Каждый еветодиод светового табло 27  вл етс  индикатором прохождени  сигналов УРК или АЭ с требуемыми параметрами амплитуды и частоты по каждому из n-частотных каналов. Четвертый выход

0 блока 12 управлени  соединен с управл ющим входом дешифратора 25 и входом сброса блока 26 триггеров.

Устройство работает следующим образом .

5 Излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний жестко соедин ют с эталонным изделием 21, в качестве которого могут быть использованы как бракованные, так и небракованные образцы. Так как принцип действи  устройства не зависит от того, бракованное или годное изделие выбрано в качестве эталонного, е дальнейшем будем подразумевать под эталонным небракованное изделие.

Вторые излучатель 15 и приемник 16 механических колебаний жестко соедин ют с контролируемым изделием 22. На первом выходе генератора 23 тактовых импульсов блока 12 управлени  (первом выходе блока 12) формируетс  пилообраз- ное напр жение дл  управлени  генератором 1 качающейс  частоты. На втором выходе генератора 23 вырабатываютс  пр моугольные импульсы (фигАа) с частотой, равной частоте пилообразного напр жени , поступающие на выход 2 блока 12 дл  инициализации сброса пикового детектора 9 и на счетный вход счетчика 24. На первом выходе последнего (третьем выходе блока 12) формируютс  импульсы (фиг.4,6) управ- лени  двухкэнальными электронными коммутаторами 13 и Т4, а также блоками выборки-хранени  17 и 18, а на втором выходе (четвертом выходе блока 12) формируетс  m-разр дный двоичный код (2т п) управлени  электронным коммутатором 3 и дешифратором 25 блока 11 индикации (на фиг. 4,в представлен младший разр д т- разр дного двоичного кода управлени ).

С генератора 1 качающейс  частоты на первый вход интегрального перемножител  4 поступает синусоидальный сигнал качающейс  частоты (фиг.4,г). Качание частоты происходит в диапазоне ±Дткач, относительно опорной частоты f0. Ширина диапа- зона Дткач определ етс  изменением амплитуды пилообразного напр жени  на входе генератора 1.

На выход каждого из п каналов генератора 2 дополнительных частот подаетс  си- нусоидальный сигнал с частотой тд(фиг.4,д), разность которой с опорной частотой f0 генератора качающейс  частоты равна одной из п информационных частот fni (фиг.4,е), т.е. частот, вблизи которых наблюдаютс  АЭ или УРК. Эти сигналы через п-канальный электронный коммутатор 3, управл емый т- разр дным кодом с блока 12 управлени , поступают на второй вход интегрального перемножител  4. Напр жение на выходе интегрального перемножител  равно

ивых 2kUiUKa4 2kUo{sin(2jr tfgi) sin 2Л t(f0 ±Дт-кач)},

а частота выходного сигнала определитс  из выражени 

sin(2tttfgj .(fo ± Д ткач)

. rf(f0 - fo ± Afк ) ОБ 27rt(fg, + fo ± ДГк

где k - коэффициент, завис щий от параметров схемы включени  перемножител  (5),

Ui UoSin27rtfgi - напр жение на первом выходе интегрального перемножител  4;

икач U0 sin2,r t(f0 ± Дткач)- напр жение на втором входе интегрального перемножител  4;

t - врем .

Сигнал с выхода перемножител  4, частота которого равна сумме частоты генератора 1 качающейс  частоты и одной из частот генератора 2 дополнительных частот fo ± Д ficaM + foi. промодулированный разностью этих частот f0 ± Д 1«ач - foi, поступает на фильтр 5, где высокочастотна  составл юща  колебаний.фильтруетс  и сигнал на выходе фильтра 5 имеет частоты f5ebtx fui ± Д ткач, близкую к одной из информацией ных частот fni (фиг.4,е).

Например, если на входы интегрального перемножител  4 поступают сигнал с частотой f0 ± Д f«a4 генератора 1 качающейс  частоты, равной 300+5 кГц и сигнал одной из п дополнительных частот fot. равное 275 кГц, то на выходе перемножител  4 будет сигнал с частотой 575+5кГц, промодулиро- ванный частотой 25+5 кГц. В фильтре 5 происходит выделение информационной частоты fui, равной 25+5 кГц.

Синусоидальный сигнал, частота которого близка к одной из п информационных частот, с выхода фильтра 5 поступает на информационный вход первого 13 двухка- нального электронного коммутатора, который под действием импульсов (фит.4,6) с выхода 3 блока 12 управлени  поочередно подключает эти сигналы к двум цеп м: возбудитель 6 - эталонное изделие 21 - приемник 7 и возбудитель 15 - контролируемое изделие 22 - приемник 16 (соответственно фиг.4,ж и фиг Аз).

Сигналы с выхода первого 15 и второго 16 приемников механических колебаний поочередно поступают соответственно на пер- вый и второй информационные входы второго 14 двухканального электронного коммутатора, управл емого синхронно с первым 13 двухкэнальным электронным коммутатором импульсами (фмг.4,6) с выхода 3 блока 12 управлени , обеспечива  прохождение сигналов с приемников 7 и 16 последовательно через усилитель 8 (фиг.4,и) и пиковый детектор 9 (фиг.4,к). Пиковый детектор 9 фиксирует максимальную амплитуду сигнала в диапазоне ±Д fKa4 относительно информационной частоты fui по каждому из п частотных каналов.

Дл  обеспечени  последующего сравнени  двух сигналов, разделенных во времени , амплитудные значени  напр жени  с пикового детектора 9 Uumi и Uumi поступают на информационные входы первого 17 и второго 18 блоков выборки/хранени  с эталонного и контролируемого изделий соответственно . Запись информации в блоки 17 и 18 происходит под управлением импульсов с выхода 3 блока управлени , причем на управл ющий вход блока 17 эти импульсы подаютс  через инвертор, обеспечивающий разделение во времени процесса записи в блоки 17 и 18.

Уровень максимальной амплитуды Uumi3 или Umi эталонного 21 и контролируемого 22 изделий фиксируетс  в блоках 17, 18 последовательно по каждому из п частотных каналов (фиг.4,л и 4,м).

Сигналы с выхода первого 17 блока выборки/хранени , сн тые с эталонного 20 издели , поступают на вход блока Т9 формировани  ограничений. В этом блоке формируютс  уровни напр жени  ±AUm относительно сигнала Uumi3, задающие допустимое несоответствие по амплитуде спектров сигналов эталонного и контролируемого изделий. На первый выход блока 19 формировани  ограничений подаетс  сигнал Uumi3 Д Um, а на ВТОрОЙ Uumi3 - A Urn

(фиг.4.н).

Сигналы с первого и второго выхода блока 19 поступают соответственно на первый и второй входы двухуровневого компаратора 10 и определ ют соответственно верхний и нижний пороги его срабатывани  (фиг.4,о).

С выхода второго блока 18 выборки/хранени  напр жение, соответствующее максимальным амплитудам сигнала Uumi на i-й информационной частоте дл  контролируемого издели  22, поступает на третий вход компаратора 10. Если величина этого напр жени  больше Uumi3 + AUm или меньше Uumi3 - AUmi, компаратор срабатывает и формирует на выходе строб (фиг.4,п). Этот сигнал поступает на вход дешифратора 25 блока 11 индикации, который, в соответствии с управл ющим кодом с блока 12 управлени , выставл ет на одном из  выходов уровень напр жени , равный входному. При положительном перепаде напр жени  на 1-м выходе дешифратора 1-й триггер п- канального блока 26 триггеров устанавливаетс  в состо ние логической 1, что обуславливает свечение соответствующего светодиодного индикатора на световом табло 27, фиксиру  последовательно по каждому из п-частотных каналов несоответствие уровней сигналов АЭ или УРК в эталонном

и контролируемом издели х при заданном диапазоне ограничений.

Управление переключением первого 13 и второго 14 электронных коммутаторов и сбросом сигнала на информационных входах первого 17 и второго 18 блоков хранени -выборки осуществл етс  блоком управлени  12 за счет изменени  младшего разр да кода управлени  (фиг.4,6 и 4бв).

0 Использование предлагаемого устройства дл  контрол  качества изделий по сравнению с прототипом позвол ет повысить достоверность контрол  качества и расширить класс контролируемых изделий.

5

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  контрол  качества изделий , содержащее генератор качающейс  частоты , первые излучатель и приемник

   0 механических колебаний, последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор и блок индикации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  достоверности контрол , оно снабжено последовательно сое5 динёнными n-канальным генератором дополнительных частот, n-канальным коммутатором , интегральным перемножителем , фильтром и первым двухканальным коммутатором, вторыми излучател ми и

   0 приемником механических колебаний, вторым двухканальным коммутатором, первым и вторым блоками выборки-хранени , блоком формировани  ограничений, инвертором , компаратором и блоком управлени ,

   5 второй вход интегрального перемножител  соединен с выходом генератора качающейс  частоты, первый и второй выходы первого двухканального коммутатора соединены соответственно с первым и вторым излучате0 л ми механических колебаний, выходы первого и второго приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго двухканального коммутатора,

   5 выход которого соединен с информационными входами первого и второго блоков выборки-хранени  через последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор , выход первого блока выборки-хранени 

   0 соединен с блоком формировани  ограничений , первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, выход второго блока выборки-хранени  соединен с третьим вхо5 дом компаратора, выход которого соединен с блоком индикации, первый выход блока управлени  подключен к управл ющему входу генератора качающейс  частоты, второй выход - к входу сброса пикового детектора , третий выход-к управл ющим входам

   первого и второго двухканальных коммута- равл ющему входу первого блока выборки- торов к управл ющему входу второго блока хранени , а четвертый выход - к управл ю- выборки-хранени  и через инвертор - к уп- щему входу n-кана ьного коммутатора.

   Фиг.}

   Фие.2

   i

   J