SU1746295A1 - Ультразвуковой цифровой толщиномер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол  и может быть использовано в машиностроении при ультразвуковой толщинометрии. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений и расширение диапазона измер емых тол щи А. Сущность изобретени  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 управлени  и цифровой индикатор. Определение величины измер емой толщины S по известному количеству счетных импульсов производитс  автоматически согласно выражению; S N/a-b, где а - масштаб измерени , определ ющий сколько счетных импульсов приходитс  на единицу толщины; b - величина задержки начала отсчета толщины, котора  пропорциональна времени to прохождени  УЗ-импульсов через кон- тактные призмы УЗ-преобразовател . Значени  коэффициентов а и b определ ют при калибровке толщиномера согласно выражени м: a(Ni-N2)/(Si-S2). ,, где Si и S2 значени  толщин калибровочных образцов; N и N2 - число счетных импульсов , пропорциональных толщинам Si и S2 соответственно. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к неразрушающим методам контрол  и может быть использовано в ультразвуковой (УЗ) толщи- нометрии.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные синхронизатор , генератор зондирующих импульсов, раздельно-совмещенный (PC) преобразователь , усилитель и пороговое устройство, последовательно соединенные формирователь временных интервалов, аналого-цифровой преобразователь .(АЦП) и цифровой индикатор, а также генератор импульсов задержки , вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход - с вторым входом формировател  временных интервалов.

Недостатком этого устройства  вл етс  недостаточна  точность измерени  толщины , обусловленна  наличием ошибки от нестабильности длительности импульса задержки .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  УЗ-толщиномер, содержащий последовательно соединенные

sj

Jb Оч

го ю ел

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 управлени  и цифровой индикатор.

Недостатком известного устройства  вл етс  невозможность измер ть толщины менее 1,5 мм, измер ть толщины изделий с большой кривизной поверхности, что обусловлено конструкцией УЗ-преобраэовате- л .

Кроме того, используемый безэталонный способ измерени , реализованный в известном устройстве, дает большую погрешность при измерении толщины стенок изделий из анизатропных материалов, так как скорость УЗ-волн различна в зависимости от направлени  распространени  ультразвука .

Цель изобретени  - повышение точности измерений и расширение диапазона измер емых толщин.

Поставленна  цель достигаетс  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 усилител  соединен с выходом УЗ-преобразовател , второй вход формировател  временного интервала соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход формировател  временного интервала соединен с входом АЦП, блок управлени  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 управлени , первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора , второй выход блока управлени  соединен с вторым входом запоминающего устройства, третий выход блока управлени  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 управлени , причем выход генератора 2 зондирующих импуль

0 сов соединен также с вторым входом формировател  6 временных интервалов, выход устройства 12 ввода соединен с другим входом коммутатора 8, выход арифметического устройства 10 соединен также с треть5 им входом коммутатора 8, выход пускового устройства 13 соединен с входом блока 14 управлени , первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора 8, второй выход- с вторым входом запомина0 ющего устройства 9, третий выход - с вторым входом арифметического устройства 10, четвертый выход-с вторым входом цифрового индикатора 11,

УЗ цифровой толщиномер работает сле5 дующим образом.

Импульсы с выхода синхронизатора 1 запускают генератор 2 зондирующих импульсов . Зондирующие импульсы поступают на излучающую часть УЗ-преобразовател 

0 3 и преобразуютс  в УЗ-импульсы. Эти импульсы излучаютс  в изделие, отражаютс  от его противоположной поверхности, и поступают на приемную пьезопластину УЗ- преобразовател  3, где преобразуютс  в

5 электрические импульсы. Одновременно с этим зондирующие импульсы запускают формирователь 6 временного интервала. Электрические импульсы с выхода преобразовател  3 усиливаютс  с помощью усилите0 л  4 и подаютс  на пороговое устройство 5. Импульсы с выхода порогового устройства 5 возвращают формирователь 6 временного интервала в исходное состо ние, в результате чего на его выходе получают измери5 тельные импульсы длительность которых равна сумме t to+ti, где t0 - врем  прохождени  УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразовател  3, ti - врем  прохождени  УЗ-импульсов через изделие.

0 Затем измерительные импульсы длительностью t преобразуютс  в АЦП 7 в число импульсов , которое состоит из суммы N0+Ni. где число импульсов N0 и NI пропорциональны временам t0 и ti соответственно.

5 АЦП 7 может быть выполнен в виде преобразовател  врем -код с регистром пам ти. Определение величины измер емо толщины S по известному количеству счетных импульсов производитс  автоматически согласно выражени 

s.-S-ь.

где а - масштаб измерени , определ ющий сколько счетных импульсов приходитс  на единицу толщины;

b - величина задержки начала отсчета толщины, котора  пропорциональна времени to прохождени  УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразовател .

Определение значений коэффициентов а и b производ т в процессе калибровки УЗ-толщиномера по двум калибровочным образцам с известными толщинами Si и 52, причем . Дл  этого производ т следующие операции. Переключают блок 14 управлени  в режим калибровка. В устройство 12 ввода, представл ющее собой клавиатуру с шифратором и регистром пам ти , занос т значение толщины Si, привод т 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 управлени , представл ющий собой посто нно программируемое запоминающее устройство (ППЗУ) с дешифратором и переключателем рода работ Калибровка и Измерение, ППЗУ хранит алгоритм работы толщиномера в этих режимах. Блок 14 управлени  выдает разрешающий сигнал на коммутатор 8 и сигнал записи на запоминающее устройство (ЗУ) 9. Затем в устройство 12 ввода занос т значение S2 и как в первом случае производ т запись S2 в ЗУ 9. После этого устанавливают преобразователь 3 на калибровочный образец толщиной Si. На выходе АЦП 7 по вл етс  код NL Включают пусковое.устройство 13 и известным способом производ т запись значени  NI в ЗУ 9.

Затем устанавливают преобразователь 3 на калибровочный образец с толщиной $2. На выходе АЦП 7 по вл етс  код числа N2. При включении пускового устройства 13 его выходные сигналы иницируют работу блока 14 управлени  и его ППЗУ выдает управл ющие сигналы на коммутатор 8 и ЗУ 9. N2 записываетс  ЗУ 9. После этого блок 14 управлени  выдает серию управл ющих импульсов на коммутатор 8, ЗУ 9, арифметическое устройство 10, которое производит вычисление коэффициентов а и b по формулам

Ni-N2Ni s

3 Si-S2 b -a 51 и занос т их в ЗУ 9. В качестве арифметического устройства 10 может быть использован микропроцессор.

После этого блок 14 управлени  переключают в режим Измерение путем подключени  области ППЗУ с соответствующей программой.

Дл  измерени  толщины издели  став т преобразователь 3 на изделие. В результате этого на выходе АЦП 7 по вл етс  код числа N, пропорционального толщине издели . При включении пускового устройства 13 его выходные сигналы иницируют работу блока 14 управлени  и он выдает управл ющие сигналы на коммутатор 8, ЗУ 9, арифметическое устройство 10 и цифровой индикатор 11 в результате чего происходит вычисление

толщины по формуле S Ь. Результат

д

заноситс  в цифровой индикатор 11.

Предлагаемый УЗ цифровой толщиномер позволит повысить точность измерени  толщины и расширить диапазон измер емых толщин.

Повышение точности измерени  происходит по следующей причине. При измерении толщины стенок издели  с помощью преобразовател  из временного интервала t между зондирующим импульсом и эхо сигналом вычитают интервал времени to. равный времени прохождени  УЗ-импульсов через контактные призмы преобразовател . Полученный интервал времени п пропорционален толщине издели . 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 составл ет примерно 1%. Изменение длительности импульса to на величину ,01to вызывает такое же уменьшение интервала ti, так как интервал времени t от температуры практически не измен етс . При высоте призмы преобразовател , которые обычно изготавливаютс  из оргстекла, равной 10 мм, величина интервала ttf равна 8 мкс. В этом случае ,01. ,08 мкс. Уменьшение ti на 0,08 мкс при измерении толщины стенки издели , изготовленного из алюмини  и равной 1 мм, приводит к погрешности измерени , равной 27%. В предлагаемом толщиномере генератор импульсов задержки отсутствует. Следовательно , отсутствует и погрешность им вызываема . Предлагаемый толщиномер позвол ет упростить процесс калибровки, что особенно важно при разработке автоматизированных систем измерени  толщины стенок изделий.

По сравнению с известным устройством предлагаемый толщиномер позвол ет измер ть меньшие толщины стенок начина  с

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.

Claims (1)

1. Формула изобретени  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 управлени  и цифровой индикатор, отличающийс  тем, что, с

   5

   целью повышени  точности измерений и расширени  диапазона измер емых толщин , он снабжен пусковым устройством, а также последовательно соединенными устройством ввода, коммутатором, запоминающим и арифметическим устройствами, выход блока АЦП соединен с вторым входом коммутатора, выход арифметического устройства - с входом цифрового индикатора и с третьим входом коммутатора, выход пускового устройства - с входом блока управлени , первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управлени  соединен со входом запоминающего устройства, а третий выход блока управлени  - с вторым входом арифметического устройства.