Устройство для ультразвукового контроля изделий

 

Изобретение относится к области акустических методов контроля и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) теневой дефектоскопии катящимися УЗ преобразователями с эластичным протектором. Целью изобретения является повышение надежности контроля и упрощение настройки за счет обеспечения автоматической регулировки чувствительности приемного тракта. УЗ катящийся преобразователь 3 принимает прошедшие через контролируемое изделие ЗЬ УЗ колебания и обкатывает последнее в ходе контроля. Датчик 6 скорости вращения, вращаемые и невращаемые части которого механически связаны с соответствующими частями УЗ преобразователя 3, генерирует сигналы, напряжение которых пропорционально скорости вращения УЗ преобразователя 3. С датчика 6 сигнал поступает на функциональный преобразователь 7 и через него на сумматор 8. На второй вход сумматора 8 поступают сигналы с выхода источника 9 опорного напряжения. На вход регулируемого блока 4 усиления поступают сигналы с УЗ преобразователя 3, а на регулирующий вход - с сумматора 8. Сигналы с датчика 6 изменяюткоэффициент усиления блока 4 таким образом, что он компенсирует изменение фактической площади контакта эластичного протектора роликового УЗ преобразователя 3, обусловленное релаксационными свойствами протектора при изменении скорости контроля. Амплитуда сигнала, поступающего в блок 5 обработки, остается неизменной при различной скорости контроля и постоянных акустических характеристиках контролируемого изделия 30. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. I (Л 1C 00 о СП ts9 СД «г. /

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИН (51)4 G О1 М 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, с

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ мые и невращаемые части которого механически связаны с соответствующими частями УЗ преобразователя 3, генерирует сигналы, напряжение которых пропорционально скорости вращения УЗ преобразователя 3. С датчика 6 сигнал поступает на функциональный преобразователь 7 и через него на сумматор 8. На второй вход сумматора 8 поступают сигналы с выхода источника 9 опорного напряжения. На вход регулируемого блока 4 усиления поступают сигналы с УЗ преобразователя 3, а на регулирующий вход — с сумматора 8. Сигналы с датчика 6 изменяют. коэффициент усиления блока 4 д

Ф таким образом, что он компенсирует

1 изменение фактической площади контакта эластичного протектора роликового

УЗ преобразователя 3, обусловленное релаксационными свойствами протектора при изменении скорости контроля.

Амплитуда сигнала, поступающего в блок 5 обработки, остается неизменной ® при различной скорости контроля и по- Ьа) стоянных акустических характеристиках QQ контролируемого иэделия 30. з.п. (1 ф-лы, 5 ил. CA иг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3939053/25-28 (22) 07.08.85 (46) 30.12.86. Бюл. N 48 (7!) Проектно-конструкторский технологический институт Министерства лесной промышленности УССР (72) В.Я. Собашко (53) 620.179.16(088.8) (56) Патент США 11 3423991, кл. G 01 N 29/04, 1969. (54),УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО

КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области акустических методов контроля и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) теневой дефектоскопии катящимися УЗ преобразователями с эластичным протектором. Целью изобретения является повышение надежности контроля и упрощение настройки за счет обеспечения автоматической регулировки чувствительности приемного тракта. УЗ катящийся преобразователь 3 принимает прошедшие через контролируемое иэделие 30 УЗ колебания и обкатывает последнее в ходе контроля.

Датчик 6 скорости вращения, вращае„„SU„,, 1280525 А 1

0525 2 прот ек тор 1 2, пок рыв ающий внешнюю цилиндрическую поверхность ролика ll и пьезоэлемент 13, установленный на оси 10. Датчик 6 скорости вращения, например, построенный на фотоэлектрическом принципе, включает в себя кронштейн 14, установленный на оси 10, установленные в свою очередь на крон.штейне 14 несколько пар фотоизлучаt0 телей 15 и фотоприемников 16, опти ческие оси которых пересекаются на определенном расстоянии от них, и установленный внутри ролика модулятор 17, обеспечивающий в ходе вращения ролика чередующееся появление в зоне пересечения оптических осей фотоизлучателей 15 и фотоприемников 16 отражающих и неотражающих свет плоскостей. Такое выполнение датчика 6 скорости вращения обеспечивает механическую связь его вращаемых и невращаемых частей с соответствующими частями роликового У3 преобразователя 3. Кроме того, датчик 6 включает преобразователь (не показан) импульсного сигнала в аналоговый, вход которого соединен с фотоприемниками, а выход является выходом датчика 6.

Функциональный преобразователь 7 включает в себя, например, последовательно соединенные защитный резистор 18, регулируемый аттенюатор 19 и регулируемый усилитель 20 с резистором 21, а также эадатчик 22 нели35 нейности, включенный между землей и точкой соединения резистора 18 и аттенюатора 19.

1 128

Изобретение относится к акустичес-. ким методам контроля и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ дефектоскопии изделий роликовыми преобразователями с эластичным протектором, например, при ультразвуковой теневой дефектоскопии листовых изделий.

Целью изобретения является повышение надежности контроля и упрощение настройки за счет обеспечения автоматической регулировки чувствительности, компенсирующей изменение фактической площади контактирования эластичного протектора роликового преобразователя при изменении скорости перемещения последнего относительно контролируемого изделия.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для УЗ контроля, на фиг.2вариант конструкции УЗ роликового преобразователя и датчика скорости вращения; на фиг. 3 — вариант принципиальной электрической схемы функционального преобразователя, сумматора и регулируемого блока усиления; на фиг. 4 — графики зависимости функции

F> передачи приемного роликового УЗ преобразователя с эластичным протектором от скорости V его вращения при различных значениях коэффициента и конструктивных параметров УЗ преобразователя; на фиг. 5 — графики зави" симости функции У, передачи функционального преобразователя от напряжения U на его входе при различных значениях коэффициента п конструктивных параметров УЗ преобразователя.

Устройство для УЗ контроля содержит генератор 1, подключенный к нему излучающий УЗ преобразователь 2, и последовательно соединенные приемный

УЗ преобразователь 3, регулируемый блок 4 усиления и блок 5 обработки.

Кроме того, устройство для УЗ контроля содержит датчик 6 скорости вращения, функциональный преобразователь 7 и сумматор 8. Устройство такI же содержит источник 9 опорного напряжения, выход которого соединен с, вторым входом сумматора 8, выход которого в свою очередь соединен с регулирующим входом блока 4 усиления.

Приемный УЗ преобразователь 3 выполнен в виде роликового и включает в себя, например, ось 10, установленный с возможностью вращения вокруг нее пустотелый ролик !1, эластичный

Входом функционального преобразо 0 вателя 7 является свободный контакт резистора 18, а выходом — выход регулируемого усилителя 20, второй вход которого соединен с выходом источника 9 опорного напряжения.

45 Сумматор 8 включает в себя, например, последовательно соединенные суммирующие резисторы 23, усилитель 24 и защитный диод 25. Входами сумматора 8 являются свободные контакты сум50 мирующих резисторов 23, а выходом— выход защитного диода 25. Регулируемый блок 4 усиления включает, например, последовательно соединенные регулируемый аттенюатор 26 и регулиру5 емый усилитель 27 с резистором 28, а также задатчик 29 нелинейности,включенный между землей и регулирующим входом аттенюатора 26. Входом регули525

3 l 280 руемого блока 4 является регулирующий вход аттенюатора 26, а выходом — выход регулируемого усилителя.

Позицией 30 на фиг. 1 и 2 обозначено контролируемое иэделие. Функция

F передачи функционального преобразователя 7 и коэффициент К, усиления регулируемого блока 4 усиления за-. даны следующими зависимостями:

F — — 1

jF (n V) K, = (U + 1)К где Г (n, V) — функция, определяющая зависимость напряжения 15 на выходе роликового

УЗ преобразователя 3 от скорости V его вращения и коэффициента и конструктивных парамет- gp

PoE3 >

U — напряжение на регулирующем входе блока 4 усиления;

К вЂ” коэффициент передачи 25 а блока 4 усиления при

U = O.

Устройство для УЗ контроля изделий работает следующим образом.

Генератор I возбуждает излучающий 30

УЗ преобразователь 2, посылающий УЗ колебания в контролируемое изделие 30.

Прошедшие через изделие 30 УЗ колебания поступают через эластичный протектор 12 и пустотелый ролик 11 на пьезоэлемент 13 приемного роликового

УЗ преобразователя 3. В ходе контроля ролик 11 вращается относительно оси 10 со скоростью Ч, и УЗ преобразователь 3 обкатывает поверхность 40 изделия 30. Пьезоэлемент 13 преобразователя 3 трансформирует принятые

УЗ колебания в электрический сигнал.

Фотоизлучатели 15 датчика 6 скорости вращения генерируют световой пучок, . 45 отражающийся от соответствующих плоскостей модулятора !7 и поступающий в фотоприемники 16. Благодаря механически жесткой связи кронштейна 14, на котором установлены фотоизлучате- 50 ли 15 и фотоприемники 16, с осью 10 и такой же связи модулятора 17 с роликом 11 электрический сигнал датчика 6 прямо пропорционален скорости

Ч вращения УЗ преобразователя 3. 55

Напряжение с выхода датчика 6 скорости поступает на защитный резистор 18 функционального преобразователя 7 и далее на регулируемый аттенюатор 19 и регулируемый усилитель 20 этого же блока. Функция F, передачи функционального преобразователя 7 определяется задатчиком 22 нелинейности и переменным резистором 21 регулируемого усилителя 20. С выхода функционального преобразователя 7 и источника 9 опорного напряжения сигналы попоступают на суммирующие резисторы 23 сумматора 8, с них на усилитель 24 этого блока и далее на защитный диод 25. С выхода сумматора 8 и приемного УЗ преобразователя 3 сигналы поступают на аттенюатор 26 и далее на регулйруемый усилитель 27 регулируемого блока 4 усиления. Коэффициент К ° усиления регулируемого блока 4 у .иления определяется задатчиком 29 н..липейности и резистором 28 регулируемого усилителя 27. При контроле в статичных условиях, т.е. при V = О, функция передачи F-, определяющая напряжение на выходе УЗ преобразователя 3, максимальна. При этом напряжение на выходе датчика 6 равно нулю, напряжение входа и выхода регулируемого усилителя 20 функционального преобразователя 7 минимально, напряжение на входе и выходе усилителя 24 сумматора 8 равно U, а напряжение на выходе блока 4 усиления при подаче »а УЗ преобразователь 3 УЗ колебаний определенной амплитуды равно

А (уровень сигнала от УЗ преобразователя 3 максимален, сопротивление сток †ист аттенюатора 26 блока 4 минимально). При контроле в динамичных условиях, т.е. при V Ф О, функция F принимает меньшее значение Z вследствие уменьшения фактической площади контактирования изделия 30 и эластичного протектора 12, что вызвано релаксационными свойствами последнего. При этом появляется напряжение на выходе датчика 6, которое увеличивает также напряжение на выходах аттенюатора 19 и усилителя 20 функционального преобразователя 7 и усилителя 24 сумматора 8, коэффициент К, усиления блока 4 возрастает, а напряжение на выходе блока 4 усиления при подаче на УЗ преобразователь 3 УЗ колебаний той же определенной амплитуды остается неизменно равным А (уровень сигнала от УЗ преобразователя 3 падает, но возрастает сопротивление сток-исток аттенюатора 26 блока 4). С выхода блока 4 усиления сигнал, не зависящии от ско1

Е1— (Р (и, v)j

5 128052 рости V вращения УЗ роликового преобразователя 3„ поступает в блок 5 обработки, включающий автоматический сигнализатор дефектов и электронно) лучевой индикатор импульсного УЗ,дефектоскопа общего назначения, в результате работы которого происходит определение качества контролируемого изделия 30.

Принцип работы устройства для УЗ 10 контроля поясняется графиками, представленными на фиг. 4 и 5.

Семейство кривых зависимости функции F передачи роликового УЗ преоб2 разователя 3 с эластичным протекто- 15 ром 12 от скорости V его вращения и коэффициента и его конструктивных параметров описывается формулой

+ лЧ

Г. (V n) = — — -7 т В

20 где А и Б †. экспериментально определяемые константы.

Коэффициент и конструктивных параметров роликового УЗ преобразователя 3 также определяется экспериментально и зависит главным образом от типа эластомера протектора 12, его толщины и ширины наружного радиуса ролика 11, силы прижатия преобра- 3 зователя 3 к поверхности контролируемого изделия 30 и шероховатости этой поверхности изделия 30. Для реальных роликовых УЗ преобразователей 3 с протектором 12 из полиуретана марки СКУ-В коэффициент п и константы А и В принимают следующие значения: n = 0,5 — 3,0; А = 3 и В = 4.

Результаты расчета функции F пере дачи для реальных катящихся УЗ пре40 образователей представлены на фиг. 4.

Также произведен расчет зависимости функции F, передачи функционального преобразователя 7 от напряжения U на его входе при различных значениях

45 коэффициента и конструктивных параметров пары реальных УЗ преобразователей (напряжение на выходе невращаемого УЗ преобразователя равно 0,1 В; кдэффициент усиления блока 4 при Ч =

= О. равен 1О; коэффициент преобразования скорости вращения преобразователя 3 в напряжение датчиком 6 равен

1 с В) . Результаты расчета представлены на фиг. 5, Устройство для У контроля изде55 лий позволяет повысить надежность контроля за счет обеспечения автоматической регулировки чувствительнос5 6 ти приемного тракта, которая компенсирует изменение фактической площади контакта эластичного протектора роликового УЗ преобразователя при изменении скорости контроля, вызываемое релаксационными свойствами эластомера, применяемого в качестве материала протектора. Релаксация протектора проявляется н росте деформации элас— томера, прОисходящей после приложения неизменной нагрузки, а также в конечной скорости заполнения эластомером впадин шероховатой поверхности изделия, к которому прижат эластомер.Автоматическое регулирование чувствительности позволяет избежать перебраконку или недобраковку контролируемых изделий н случае изменения скорости контроля. Автоматическое регулирование чувствительности позволяет также избежать трудоемкой операции настройки устройства н динамическом режиме при контроле крупногабаритных изделий, вместо которой используются операции статической настройки при ненращаемых УЗ роликовых преобразователях. формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство для ультразвукового контроля изделий, содержащее генератор, подключенный к нему излучающий преобразователь, и последовательно соединенные приемный роликоный преобразователь с эластичным протектором, блок усиления и блок обработки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности контроля и упрощения настройки, оно снабжено последовательно соединенными датчиком скорости вращения, функциональным преобразователем и сумматором, нращаемые и невращаемые части роликового преобразователя и датчика скорости вращения механически связаны друг с другом, блок усиления выполнен регулируемым, а его регулирующий вход соединен с выходом сумматора.

2 ° Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что функция F передачи функционального преобразователя и коэффициент К„ усиления регулируемого блока усиления заданы следующими зависимостями:

7 1280525 где Р (п, V) — функция, определяющая зависимость напряжения на выходе роликового преобразователя от скоскорости Ч его вращения и коэффициента и конструктивных параметров;

U — напряжение на регулирующем входе блока усиления, К вЂ” коэффициент передачи

0 блока усиления при U О.

ОВ

0,9

gg p pg-1

F, (пф/ юа

05 ц75 Ц ч 5

Составитель В, Гондаревский

Редактор А. Долинич Техред Л.Олейник Корректор М. Демчик

Заказ 7061/49 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4