Система для автоматической дефектометрии

 

СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЁСКОП ДЕФЕКТОМЕТРИН, содержащая датчики линейной и угловой координаты, измерительньп блок, первый вход которого соединен с -первым выходом синхронизатора , второй и третий входы которого подключены к первому и вто ,рому выходам системы для автоматической дефектоскопии, вход которой с вторым выходом синхронизатора , блок управления, шина адреса которого соединена с первым входом интерфейсного и запоминающего блоков, устройство вывода, вход которого подключен к выходу интерфейсного блока, игина данных блока управления подключена к вторым входам интерфейсного и запоминающего блоков и к выходу запоминающего блока третий вход которого соединен с выходом Чтение блока управления, отличающаяся тем, что, с целью повьпиения достоверности контроля и скорости обработки сигнялов системой, в нее введены счетчик ;i,;peca, счетный трипер, элемент .ИЛИ, одновибратор, первый мультиплексор , первьтй блок памяти координат, а в каждый измерительный канал введены второй мультиплексор и второй блок памяти, выход которого подключен к шине данных блока управления , первый вход - к выходу второго мультиплексора, а второй вход к первому входу первого блока памяти координат данного канала, к вторым входам блоков памяти остальных измерительных каналов и к третьему входу запоминагацего блока, четвертый вход которого соединен с i третьим выходом интерфейсного блока, с выходом Запись блока управления Ш и с первым входом Запись первого и второго мультиплексоров, выход Подтверждение захвата блока управления подключен к управляющим входам первого и второгь мультиплексоров , через счетчик адреса подключен к первому входу адреса первого (Г и второго мультиплексоров, а через одновибратор - к первому входу элею мента ИЛИ и к вторым входам Запись О1 первого и второго мультиплексоров, ОО первый выход измерительного блока соединен с первым входом данных второго мультиплексора, второй выход с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого через счетный триггер под ключен к входу Захват блока управления , выход первого мультиплексора соединен с вторым входом первого блока памяти, выход которого соединен с шиной данных йлока управления, с вторыми входами данных первого и второго мультиплексоров и с входом Чтение блока управления, вы

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЯИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5!)4 G 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3665013/24-24 (2?) 09.11.83 46) 07. 11. 85. Бюл. М- 41 (71) Курский политехнический институт (7?) С.А,Якиревич,В.Э.Дрейзин и С.А.Филист (53) 620. 179.16(088.8) (56) Залесский В.В. и др. Система. цифровой регистрации результатов ультразвуковой дефектоскопии.

"Дефектоскопия", 1977, N - 3, с. 125.

Авторское свидетельство СССР

В 926593, кл. С 01 N 29/04, 1981. (54)(57} СИСТЕМА ДЛЯ ABTONATH×ßÑKOÉ

ДЕФЕКТОМЕТРИИ, содержащая датчики линейной и угловой координаты, измерительный блок, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, второй и третий входы которого подклочены к первому и вто,рому выходам системы для автоматической дефектоскопии, вход которой соединен с вторым выходом синхронизатора, блок управления, шина адреса которого соединена с первым входом интерфейсного и запоминающего блоков, устройство вывода, вход которого подключен к выходу интерфейсного блока, шина данных блока управления подключена к вторым входам интерфейсного и запоминающего блоков и к выходу запоминающего блока третий вход которого соединен с выходом Чтение блока управления, отличающаяся тем, что, с целью повьпоения достоверности контроля и скорости обработки сигналов системой, в нее введены счетчик осреса, счетный триггер, элемент

„„SU„„» МЗ А

ИЛИ, одновибратор, первый мультиплексор, первый блок памяти координат, а в каждый измерительный канал введены второй мультиплексор и второй блок памяти, выход которого подключен к шике данных блока управления, первый вход — к выходу второго мультиплексора, а второй вход к первому входу первого блока памяти координат данного канала, к вторым входам блоков памяти остальных измерительных каналов и к третьему входу запоминающего блока, четвертый вход которого соединен с третьим выходом интерфейсного блока, с выходом "Запись" блока управления и с первым входом Запись первого и второго мультиплексоров, выход

"Подтверждение захвата блока управ-ления подклочен к управляющим входам первого и второго мультиплексоров, через счетчик адреса подклюен к первому входу адреса первого и второго мультиплексоров, а через одновибратор — к первому входу элемента ИЛИ и к вторым входам Запись первого и второго мультиплексоров, первый выход измерительного блока соединен с первым входом данных второго мультиплексора, второй выход— с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого через счетный триггер подклочен к входу "Захват" блока управ" пения, выход первого мультиплексора соединен с вторым входом первого блока памяти, выход которого соединен с шиной данных блока управления, с вторыми входами данных первого и второго мультиплексоров и с входом Чтение блока управления, вы1190253

25 ходы датчиков линейной и угловой координаты соединены с вторым входом данных первого мультиплексора, шина

Изобретение относится к области ультразвуковой дефектоскопии и может быть использовано совместно с пер" вичной ультразвуковой аппаратурой для контроля протяжных изделий (трубы, прокат и т.д.) в различных отраслях машиностиоения.

Производительность контроля в. целом существенно зависит от скорости программного ввода микропроцессором в ЗУ через интерфейсный блок дефектоскопической информации. Особенно этот недостаток проявится в многоканальной системе при вводе каждого эхо-импульса (имеется в виду подключение измерительного блока к нескольким дефектоскопам). В то же время наличие информации о всей пачке эхо-импульсов и совместная обработка этих сигналов,, принятых от разных каналов, значительно повышают достоверность контроля, так как позволяют исключить ложные сигналы помехи, производить классификацию и определение важных параметров дефекта. Ограниченная скорость программного ввода приводит.к снижению производительности контроля. Предположим; что известную систему хотят использовать для контроля труб со скоростью

Ч = 4 м/мин, при и = 4000 об/мин, частоте зондирующих импульсов

Х = 20 кГц и с числом каналов, равным четырем. Значения для Ч, п выбраны из условия надежного обнаружения "точечного дефекта" и пропорции между ними не должны меняться. Если в качестве вычислителя используется микропроцессор

К580ИК80, то программа, реализующая ввод кода амплитуды эхо-импульса и угловой координаты в режиме векторного прерывания, будет длиться

45 мкс. При этом распределение времени по выполняемым функциям следующее. адреса блока управления подключена к вторым адресным входам первого и второго мультиплексоров.

P5T — реакция на векторное прерывание, 5 мкс

,Н 3 Ader — формирование адреса загрузки по номеру канала, 13 мкс;

3АЭР ЗМРМ вЂ” переход на считывание информации с измерительного блока, 5 мкс, 10

M+OINAddr — считывание в микропроцессор кода амплитуды эхо-импульса, 5 мкс;

М+1МОVМ, А — пересылка кода амплитуды в ЗУ по адресу загрузки, 3,5 мкс

М+ 2Е И Х Н вЂ” инкрементирование адреса загрузки, 2,5 мкс;

Я З 1Й Ad Иг — считывание в микропроцессор кода угловой координаты, 5 мкс;

Я+ ф MOVM, А — пересылка кода угловой координаты по адресу загрузки, 3 5 мкс; ,. М I N М Н " инкрементирование адреса загрузки, 2,5 мкс и составляет

45 мкс.

Таким образом, если не понизить частоту зондируемых импульсов, то при числе каналов более одного будет происходить крайне нежелательная по3 теря информации вследствие медленного ввода данных. Для четырех каналов потеря информации не будет происходить, если частота = 1/4х

45 -10 = 5,5 кГц. Так как пропорции

40 между Ч, и, должны оставаться постоянными, то число оборотов упадет до и = 1100 об/мин, а скорость контроля -до = 1,1 м/мин.

Следовательно, для того, чтобы повы45. сить достоверность контроля за счет обработки дефектоскопических данных, необходимо по ти в 3,7 раза снизить скорость контроля.

1190253 4

Цель изобретения — повышение достоверности контроля при использовании многоканальных систем полного сбора и скорости обработки дефектоскопических сигналов системой.

На фиг. 1 показана блок-схема системы, на фиг. 2 — структурная схема микропроцессорного блока со вспомогательными блоками обрамления; на фиг. 3 — структурная схема интерфейсного блока на фиг. 4 — структурная схема синхронизатора.

Система для .автоматической дефектометрии содержит ряд идентичных измерительных каналов, состоящих из измерительного блока 1 и буферного запоминающего устройства 2 (БЗУ) синхронизатора 3, первый выход которого предназначен для подключения к входу дефектоскопа, датчик 4 угловой, датчик 5 линейной координаты, входами соединенные со сканирующим устройством, запоминающий блок 6, интерфейсный блок 7, блок 8 управления, шина данных и адреса которого совместно с выходом "Запись" подключены к запоминающему 6 и интерфейсному 7 блокам, выход последнего соединен с входом устройства 9 вывода, а выход "Чтение" блока 8 управления подан на запоминающий 6 блок, помимо этого в систему включены последовательно .соединенные счетчик 10 адреса, вход которого связан с выходом "Подтверждение захвата" блока 8 управления, мультиплексор 11 координат и блок

12 памяти, выход которого подан на шину данных блока 8 управления, и, кроме того, счетный триггер 1 3, выход которого также подан на вход

"Захват" блока управления, и одновибратор 14..

Измерительный блок 1 состоит из последовательно соединенных пиково.— го детектора 15, первый вход которого связан с дефектоскопом, и аналогично-цифрового преобразователя (АЦП) 16, второй вход которого соединен с вторым выходом синхрониза- . тора 3, а третий вход подключен . к дефектоскопу.

Буферное запоминающее устройство содержит последовательно соединенные мультиплексор 17 и блок 18 памяти, выход которого подключен к- шине данных блока 8 управления, причем первые входы мультиплексирования данных, адреса и сигналы Запись

Н ll у мультиплексора 17 соединены соответственно с выходом АЦП. 16, выходом счетчика 10 адреса и выходом одновибратора 14, а вторые входы мультиплексирования данных, адреса и сигнала

"Запись" поданы соответственно на шину данных, адреса и выход "Запись 1 связан с вторым входом всех блоков

12 и 18 памяти, а входы управления всех мультиплексоров 11 и 17 подклочены к выходу "Подтверждение захва-. та" блока 8 управления, элемент

ИЛИ 19.

На фиг. 1 показан лишь один измерительный канал, остальные состоят из аналоговых блоков, на фиг. 2 обозначены микропроцессоры 8-1, генератор 8-2 тактовых импульсов, блок

8-3 управления запуском, буферные блоки

15 шины адреса 8-4 и шины данных 8-5, блок 8 — 6 управления сигналов системы. Кроме того, интерфейсный блок (фиг. 3) содержит дешифратор 20, элемент И 21, триггер 22 управления, регистр 23 символа ° Синхронизатор (фиг. 4) содержит мультивибратор 24, 27. ндарт- ае лього

ые смевреа ти ико25

З0 ЭК -триггер 25, элементы И 26 и

Синхронизатор 3 является ста ным блоком ультразвуковой аппар туры и может быть выполнен в вид двухфазного генератора прямоуго ных импульсов. С первого и втор выхода снимают сигналы, смещенн по фазе друг от друга. Величина щения определяется максимальным менем распространения ультразвук до дефекта и обратно. Запоминаю щий блок 6 и блоки 12 и 18 памя могут быть реализованы на базе стандартных модулей полупроводн вой памяти, например, микросхем

g5: К134РУ6. Типовая функциональная схема блока памяти на базе этих микросхем приведена в монографии.

Запоминающий блок используется в качестве ОЗУ блока 8 управления.

Интерфейсный 7 блок может быть выполнен на базе стандартного программируемого параллельного интерфейса К580ИК55, настроенного в режим стробируемого или потенциального вывода информации, при этом настройка интерфейса К580ИК55 и управление его работой осуществля50

55,ются блоком 8 управления по его блока 8 управления, кроме того, вы10 ход "Чтение" блока 8 управления

1190253 программе. Блок 8 управления выступает в системе в качестве центрального процессора, он должен обладать развитой системой команд, вк в>чающей арифметические и логические операции команды обмена с ОЗУ по косвенной адресации, команды ввода-вывода.

Спецификой блока 8 управления является наличие у него режима прямого доступа в память. Данный режим позволяет останавливать работу микро процессора и отключать его от шин адреса и данных на время обращения к внешней памяти периферийного устройства. В связи с.этим микропроцессор имеет вход Захват" и выход Подтверждение захвата . Поступление сигнала на выход "Захват" инициирует остановку микропроцессора, который, закончив очередной машин— ный цикл, останавливается и выставляет сигнал на выходе "Подтверждение захвата". По этому сигналу начинается режим прямого доступа в память. Блок 8 управления может быть реализован на базе стакПартного микропроцессора К580ИК80.

Система работает следующим образом..

На входы датчика 4 угловой и датчика 5 линейной координаты поступают импульсы с выхода сканирующего. устройства (не показано), которые преобразуются последними в текущие координаты преобразователя при его движении по контролируемому изделию в цифровую форму с дискретностью д1 по координате углового перемещения (по координате поперечного перемещения при контроле плоских изделий) и с дискретностью cia по координате продольного перемещения.

Цикл работы каждого измерительного канала при обнаружении дефекта состоит из запуска генератора зондирующих импульсов дефектоскопа (не показан), приема ответного эхо-импульса, преобразования его амплитуды в цифровой код и записи данного кода в БЗУ 2. Рассмотрим выполнение этого цикла более подроб.но. Пиковый 15 детектор запоминает максимальную амплитуду эхо-импульса.

Последний сопровождается логическим сигналом "Дефект", поступающим на

AIUI 16 от дефектоскопа. Синхронизатор 3 с определенной задержкой по отношению к зондирующему импульсу выбирает сигнал "Начало преобразования", по которому сбрасывается в нуль выходной регистр АЦП 16, а при наличии сигнала "Дефект" запускается АЦП 16. Окончив преобразование АЦП 16 каждого измерительного блока 1 выдает импульс "Конец преобразования, поступающий на соответствующий вход ИЛИ 19 счетного триггера 13 и обнуляющий пиковый детектор 15. Спад импульса на выходе данного элемента ИЛИ перебрасывает счетный триггер 13 в состояние, 15 соответствующее вводу данных с измерительных блоков 1 и датчиков

4 и 5 угловой и линейной координат соответственно. В этом состоянии счетный триггер 13 выставляет сиг20 нал "Захват", по которому блок 8 управления прекращает работу по программе и останавливается, выдав ответный сигнал "Подтверждение захвата" .

По сигналу "Подтверждение захвата" содержимое счетчика 10 адреса увеличивается на единицу, а мультиплексор 11 подает на вход блока 12

- памяти содержимое датчиков 5 и 4

30 линейной и угловой координат совместно с адресом, поступающим с выхода счетчика 10 адреса. Одновременно с этим мультиплексоры 17 подключают к входу блоков памяти соответствующие выходы АЦП 16 и адрес поступающий с выхода счетчика 10 адреса.

Одновибратор 14, получив сигнал Подтверждение захвата" с небольшой задержкой, определяемой описанными коммутациями, вырабатывает импульс Запись", по которому одновременно происходит занесение в блоки 18 памяти с соответствующего измерительного блока 1 кодов амплитуд эхо-импульсов. По этому

45 сигналу "Запись" в блок 12 памяти заносятся координаты (угловая и линейная) вводимых эхо-импульсов.

Помимо этого сигнал "Запись" поступает на вход счетного триггера и по заднему фронту возвращает его в исходное состояние, которое приводит к исчезновению сигнала "3aхват".

Если какой-нибудь измерительный блок 1 не получил в данном цикле эхо-импульс, то АЦП 16 этого измерительного блока 1 не будет вклю чаться и с его выхода в соо гветстяч1190253

1О. с учетом полученных значений по каждому каналу.

В начальном состоянии все блоки памяти обнулены, поэтому появление

15 ненулевого значения в ячейке блока

12 памяти рассматривается блоком 8 управления как поступление очередной порции эхо-импульсов. Блок 8 управления ,Ъ Г запоминает содержание этой ячейки в

20 запоминающем блоке 6 и рассматривает

его как координату Далее эта ячейка блока 12 памяти обнуляется. Аналогично ненулевое содержимое ячеек блоков и 13 памяти рассматривается блоком

8 управления как коды амплитуд эхоимпульсов, которые переписываются пО зю tt. ходу склеивания пачек эхо — импульсов в запоминающем блоке 6. После этой перезаписи ячейки блока 18 памяти

30 обнуляются микропроцессором. Описанным способом блок 8 управления различает информацию, записываемую в блоки 12 и 18 памяти. ющий блок памяти 18 будут записаны нули.

Таким образом, по одним и тем же адресам в блоках 18 памяти хранятся коды амплитуд эхо-импульсов или нулевые коды, поступившие с соответствующих измерительных каналов в одном цикле. Координаты (угловая и линейная), относящиеся к этим кодам эхо-импульсов, хранятся по такому же адресу в блоке 12 памяти

При отсутствии сигнала "Захват" блок 8 управления обменивается информацией с блоками 12 и 18 памя ти через соответствующие мультиплексоры 11 и 17. Работа блока 8 управления заключается в последова тельном опросе ячеек блоков 12 и 1 памяти с целью формирования многомерного массива. признаков, по кото рому происходит классификация и метрия дефектов в соотношении с математическими моделями, хранимым в виде программ в запоминающем блоке 6. После обработки всей информа- ции, относящейся к одному изделию, блок 8 управления через интерфейс-. ный блок 7 выводит результаты контроля в .виде технического паспорта контролируемого изделия на устройство 9 вывода.

Рассмотрим более подробно процесс формирования многомерных массивов признаков. Координаты эхоимпульсов, хранимые в блоке 12 памяти, относятся к первому измеритель ному каналу. Для остальных каналов соответствующие координаты получают путем коррекции хранимых координат, производимой блоком 8 управ- 40 ления. Последний склеивает" эхоимпульсы по каждому каналу, имеющие равные или отличающиеся на единицу координаты и одинаковые линейные координаты. Таким образом формиру- . 45 ется пачка кодов эхо-импульсов, характеризующая одно сечение дефекта.

Затем микропроцессор8 выдеЛяет значение для математической модели дефектов, признаки данной пачки эхо-импульсов, например, количество импульсов в пачке, превышающих некоторые уровни дискриминации, скорость нарастания и спада амплитуд, максимальная амплитуда эхо-импульса и т.д.

Помимо этого фиксируются координаты начала и конца пачки эхо-импульсов. Пачки, у которых угловые координаты пересекаются, а линейные отличаются на единицу, относятся бло/ ком 8 управления к одному дефекту.

В результате для любого дефекта блок 8 управления формирует массив значимых признаков по каждому каналу. Если это необходимо, производится дальнейшее сжатие информации

Система для автоматической дефектометрии практически не накладывает никаких ограничений на скорость ввода дефектоскопической информации, так как время ввода определяется быстродействием АЦП и блока памяти.

При этом число каналов не влияет на скорость ввода информации. Блок управления микропроцессора в данной системе прекращает свою работу лишь на время обращения к памяти при вводе порции эхо-импульсов. Все остальное время он занят описанной обработкой дефектоакопических данных, что также существенно для оценки производительности системы.

Достоинством системы является ее регулярная структура и простота в осуществлении ввода данных в блоки 12 и 18 памяти, для управления которыми в системе используются счетный триггер 13, одновибратор

14 и счетчик 10 адреса. Регулярность структуры и простота организации ввода данных влечет высокую техноло1 190253

И) " к

1+р

3960 имп./с гичность в изготовлении, настройке и эксплуатации системы.

При использовании готового АЦП типа Ф7077-1 с временем преобразования 3 мкс .и временем установки входного напряжения 4 мкс, а в качестве памяти - модулей.134РУ6 с временем обращения 0,5 мкс, получа, ем с учетом задержки выдачи сигнала

"Подтверждение захвата", которая составляет для микропроцессора

К-580 ИК80 максимум 2,5 мкс, период следования эхо-импульсов не более

10 мкс. Зто значит, что частота зондирующих импульсов при использовании данной системы может быть вплоть до 100 Кгц.

Объем блоков 1.2 и 18 памяти определяется статистическими характеристиками потока дефектоскопических сигналон по всем каналам и временем их обработки. Получить точное. значение величины объема блоков 12 и 18 памяти очень трудно, так как поток эхо-.импульсов и время их обработки не подчиняются пуассоновскому закону. Однако можно получить. верхнюю оценку необходимого объема блоков

12 и 18 памяти при заданной вероятности их переполнения, если считать, что входной поток эха-импульсов и время их обработки подчиняются закону Пуассона.

Произведем такой расчет для достаточно высокой интенсивности входного:потока эхо-импульсов, .поступающих с четырех каналов

При этом среднее время обработки одного эхо-импульса выбирается из соотношения

Примем Тср = 250 мкс. Величина средней занятости микропроцессора составит у = 0,99, т.е. система находится н очень тяжелом режиме.

Зададимся вероятностью переполнения блоков 12 и 1 8 памяти, равной 10 .

При этом величина . К, равная количеству ячеек в блоке 12 памяти, связана с вероятностью переполнения следующим соотношением

Откуда получим К= 915 ячеек. Это означает, что объем БЗУ 2 для каждого канала может быть выбран всего в 1 К слов, даже если загрузка системы близка к максимальной.

Из сказанного следует, что скорость .контроля при использовании предлагаемой системы практически-не зависит от частоты зондирующих импульсов и числа каналов, вполне приемлемый объем БЗУ позволяет получить мизерную вероятность потери дефектоскопического сигнала.

Скорость контроля в предлагаемой системе ограничена только быстродействием блока управления микропроцессора и сложностью программы обработки. Допустимая скорость контроля может быть найдена из соотйошения, где 3 td) — интенсивность суммарного входного потока эхо-импульса как функция от скорости контроля;

40 1 — среднее время обработки

СР одного эхо-импульса.

Использование предлагаемой системы позволяет вести контроль изделий с большей скоростью и в то же

4> время с высокой достоверностью контроля за счет ввода информации о всей пачке эхо-импульсов и совместной обработки этих сигналов, принятых от разных каналов.

1190253

/!опт 7аslamu ((/

1 барс/в г иг.

Я Бакаи 1б фиг Ф

Составитель И.1Цвец

Редактор Jl.Ãðàòèëëî Техред 0.11еце Корректор 11. Пилипенко Заказ 6971/45

7 о

Е г

Уа Aаа"

Зеректаскапа

Тираж 896 (lодписное

ВНИИИИ 1 осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал 11П1("llатент", r. Ужгород, ул. Про. ктная,