SU1587335A1 - Способ измерени толщины изделий с плоскими поверхност ми - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к акустическим методам неразрушающего контрол . Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  и повышение точности измерени  толщины изделий с непараллельными поверхност ми за счет выбора оптимального рабочего угла между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью издели . После установки пьезопластины в иммерсионной жидкости над поверхностью издели  с плоскими непараллельными поверхност ми осуществл ют наклон пьезопластины в плоскости непараллельности поверхностей издели . В ходе наклона излучают пьезопластиной импульсы ультразвуковых (УЗ) колебаний, принимают отраженные изделием эхо-сигналы и измер ют их амплитуды. Определ ют угловые положени  пьезопластины, в которых максимальны амплитуды первого и второго донных эхо-сигналов, и фиксируют пьезопластину в промежуточном положении относительно вышеупом нутых. В зафиксированном рабочем положении измер ют временной интервал между первыми и вторым донными эхо-сигналами и с его помощью определ ют толщину издели . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к акустическим методам определени  геометрических параметров изделий и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) толщинометрии изделий с плоскими поверхност ми, в особенности изделий с непараллельными поверхност ми.

Цель изобретени  - расширение области применени  и повышение точности измерени  толщины изделий с непараллельными поверхност ми за счет выбора оптимального рабочего угла между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью издели .

На фиг. 1 схематично представлена схе- ма реализации способа измерени  толщины изделий с плоскими поверхност ми: на фиг. 2 - зависимость относительного значени  амплитуды А отраженных изделием с

углом клиновидности 1° эхо-сигналов от угла а. между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью издели  (пунктирна  лини  - амплитуда отраженных плоскостью ввода эхо-сигналов, деленна  пополам; сплошна  лини  - амплитуда однократно отраженных донной плоскостью эхо-сигналов; штрихова  лини  - амплитуда двукратно отраженных донной плоскостью эхо-сигналов); на фиг. 3 - зависимость абсолютной погрешности измерени  толщины издели  от угла а. (сплошна  лини  - измерени  на образце толщиной 4,976 мм и углом клиновидности 63 ; пунктирна  лини  - измерени  на образце толщиной 2,009 мм и углом клиновидности 119 ).

При реализации способа измерени  толщины изделий с плоскими поверхност ми изделие 1 располагают в иммерсионной

жидкости 2 и устанавливают над ним плоскую пьезопластину 3, Ближн   к пьезопла- стине 3 плоскость 4 издели  1  вл етс  поверхностью ввода, а дальн   от пьезопла- стины 3 плоскость 5 издели  1 - донной поверхностью.

Способ измерени  толщины изделий с плоскими поверхност ми заключаетс  в следующем.

Над изделием устанавливают плоскую пьезопластину и излучают ею импульсы УЗ колебаний. Отраженные изделием эхо-сигналы принимают пьезопластиной и измер ют их параметры. В ходе излучени -приема измен ют угол а между плоскостью пье- зопластины и донной поверхностью издели ..При изменении угла, а в плоскости непараллельности издели  определ ют углы а 1 и а2 , при которых максимальна амплитуда однократно и двукратно отраженных донной поверхностью эхо-сигналов соответственно. Определ ют рабочее значение угла а о из услови  а2 0й a Измер ют толщину издели  по параметрам прин ть1х эхо-сигналов при угле а о .

Способ измерени  толщины изделий с плоскими поверхност ми реализуетс  следующим образом.

После установки пьезопластины 3, работающей в совмещенном режиме, в иммерсионной жидкости 2 над поверхностью 4 ввода издели  1 осуществл ют наклон пьезопластины 3 в плоскости с неизменным сечением издели  1.до достижени  максимального значени  амплитуды эхо-сигнала, отраженного поверхностью 4 ввода, и фиксируют угловое положение пьезопластины .3 в этой плоскости. Затем осуществл ют наклон пьезопластины 3 в плоскости непа- раллельност-и поверхностей 4 и 5 издели , т.е. в плоскости фиг. 1. Наклон осуществл ют путем перемещени  центра пьезопластины 3 по дуге (представлена на фиг. 1 штриховой линией) с неизменным рассто нием между центром пьезопластины 3 и точкой ввода УЗ колебаний в изделие. В ходе наклона пьезопластины 3 излучают импульсы УЗ колебаний, принимают отраженные изделием эхо-сигналы и измер ют амплитуду прин тых эхо-сигналов. На фиг. 2 приведены экспериментально полученные зависимости относительной амплитуды А отраженных эхо-импульсов от угла а между

плоскостью пьезопластины 3 и донной поверхностью 5 издели  1 с углом 3 клиновид- ности, равным 1°. Из полученных зависимостей следует, что максимум амплитуды отраженного поверхностью 4 эхо-сигнала достигаетс  при а )9, максимум амплитуды однократно отраженного поверхностью 5 эхо-сигнала - при а i и максимум амплитуды двукратно отраженного поверхностью & эхо-сигнала - при а г , Выбирают рабочее значение угла а оо в плоскости непараллельности издели  1 из услови  «2 G5o «1 . фиксируют в этом положении пьезопластину 3, измер ют временные параметры прин тых зхо-сигналов, например, с помощью эхо-импульсного иммерсионного цифрового толщиномера с разрешающей способностью единицы микрометров, осуществл ющего формирование временного

интервала по первому и второму донным эхо-сигналам, и по ним определ ют толщину издели  1.

В выбранном диапазоне значений угла Оо дл  первого и второго донных эхо-сигналов фазово-амплитудна  составл юща  погрешности имеет противоположный знак, что обь сн етс  интерференционными  влени ми . Происход щее по этой причине изменение времени нарастани  сигнала до

уровн  срабатывани  формирующих устройств приводит к практически полной компенсации путевой погрешности. Оптимальное значение сю определ етс  из выражени 

0

/5

Д)0-2и)где Сж - скорость распространени  УЗ коле- баний в иммерсионной жидкости 2; .

См - скорость распространени  УЗ колебаний в материале.издели  1.

При оптимальном значении «о угловые характеристики распространени  УЗ колебаний , обозначенные на фиг, 1, определ ютс  из выражений

3 о , лг Сж д ... 3 Сх /}

Р 2 5

Погрешность измерени  при 05о дл  изделий 1 с непараллельностью до 2° при толщине от 2 до 5 мм и См 4600-6000 м/с составл ет 0-10 мкм. Погрешность измерени  при.ай дл  изделий с непараллельностью до 5° составл ет до 50 мкм. При измерени х же тол- щины на углах и а ОР область применени  ограничена значени ми непа- 5 раллельности/3 90-100 ,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  толщины изделий с плоскими поверхност ми, заключающийс  в том, что устанавливают плоскую пьезопластину над изделием, излучают пьезопласти- ной импульсы ультразвуковых колебаний, принимают пьезопластиной отраженные изделием эхо-сигналы, измен ют в ходе излучени  и приема угол между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью издели  до достижени  максимальной амплитуды отраженных донной поверхностью эхо-сигналов, фиксируют угловое положение пьезопластины и измер ют толщину из- дели  по вре(енным параметрам эхо-сигналов в зафиксированном положении , отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени  и повышени  точности измерени  толщины изде- ЛИЙ с непараллельными поверхност ми, измен ют в ходе излучени  и приема угол а между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью издели  до достижени  максимальных амплитуд однократно и дву-

   кратно отраженных донной поверхностью эхо-сигналов, фиксируют угловое положение пьезопластины при значении Оо , измер ют толщину издели  по временным параметрам эхо-сигналов в угловом положении Ой , а значение йо выбирают из услови .

   «2 ой а,

   где cci - угол между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью издели , при котором амплитуда однократно отраженного донной поверхностью эхо-сигнала максимальна;

   «5- угол между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью издели , при котором амплитуда двукратно отраженного донной поверхностью эхо-сигнала максимальна .

   ту//////////// /////

   -20

   го w 60 во л,мн

   фиг.2