Способ бесконтактного измерения толщины плоских изделий

 

Изобретение относится к способам измерений толщины объектов с помощью акустических колебаний. Целью изобретения является повьшение точности измерений толщины благодаря исключению влияния погрешностей преобразования сдвига фаз вследствие компенсации изменением частоты излучения акустических колебаний внесенной дополнительной разности фаз колебаний излучателя и приемника. Излучают излучателем акустические колебания фиксированной частоты и принимают приемником колебания, прошедшие воздущный зазор между излучателем и приемником . Вводят в воздушный зазор контролируемое изделие и фиксируют разность фаз колебаний излучателя и приемника. На фиксированной частоте изменяют полученную разность фаз. Изменяют частоту излучаемых колебаний и измеряют частоту, при которой компенсируется внесенное изменение раз-п ности фаз. Толщину контролируемого изделия определяют с помощью значений фиксированной и измеренной частот с учетом внесенного изменения разности фаз, 1 ил. (Л со ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 57708 А1 (51)4 G О1 В 17/02 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3962440/25-28 (22) 09. 10. 85 (46) 07. 12. 87. Бюл. 11 45 (7 1) Киевский технологический институт легкой промьппленности (72) Ю A.Скрипник и В.Г. Здоренко (53) 620. 179. 16(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(- 834394, кл. G 01 В 17/02, 1978.

Патент Швейцарии Ф 515487, кл. С 01 В 17/00, 1971. (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ТОЛЩИНЫ ПЛОСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к способам измерений толщины объектов с помощью акустических колебаний. Целью изобретения является повышение точности измерений толщины благодаря исключе-. нию влияния погрешностей преобразования сдвига фаз вследствие компенсации изменением частоты излучения акустических колебаний внесенной дополнительной разности фаз колебаний излучателя и приемника. Излучают излучателем акустические колебания фиксированной частоты и принимают при.емником колебания, прошедшие воздушный зазор меяду излучателем и приемником. Вводят в воздушный зазор кон- . тролируемое изделие и фиксируют разность фаэ колебаний излучателя и приемника. На фиксированной частоте изменяют полученную разность фаз.

Изменяют частоту излучаемых колебаний и измеряют частоту, при которой компенсируется внесенное изменение раз1 ности фаз. Толщину контролируемого изделия определяют с помощью значений фиксированной и измеренной частот с учетом внесенного изменения разности фаз ° 1 ил.

1357708

С Е2 Л

2 Е„(Е -f ) Cgf 4

f - f„

Изобретение относится к измерениям толщины объектов с помощью акустических колебаний и может быть использовано при бесконтактном измерении или контроле толщины различных объектов, в частности полимерных пленок.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения погрешностей преобразования сдвига фаз акустических колебаний в электрический сигнал.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ бесконтактного измерения толщины.

Способ бесконтактного измерения толщины плоских изделий заключается в следующем.

Акустические излучатель и приемник устанавливают друг напротив друга на фиксированном расстоянии таким образом, что их акустические оси совпадают, и электрически соединяют со входами фазометра. Излучатель генерирует акустические колебания частотой

Е„, которые, преодолев воздушный зазор, поступают на приемник. С помощью фазометра измеряют разность фаэ между колебаниями излучателя и приемника и обеспечивают ее равенство перед измерением толщины нулю. Размещают в воздушном зазоре между излучателем и приемником контролируемый объект и фиксируют возникшую разность фаз ц,.

Обеспечивают изменение разности фаз на величину путем задержки поступающего с излучателя на„ фаэометр сигнала на величину i= nq/2(if, =(1-1,5) „/УЕ „, где, — пороговая чувствительность фазометра. Затем изменяют частоту излучаемых колебаний до тех пор, пока не компенсируется изменение разности фаз В4, т.е. пока показания фазометра не примут ранее зафиксированное значение разности фаз

По достижении разностью фаз значения q,èçìåðÿþò частоту f, и определяют толщину h контролируемого объекта иэ выражения где С - скорость распространения акустических колебаний в материале объекта контроля.

Устройство, реализующее способ бесконтактного измерения толщины плоских изделий, содержит электрически последовательно соединенные кварце5

ЗО вый генератор 1 частоты f блок 2 сдвига частоты, выполненный, например, в виде электронного однопопосного модулятора, и излучающий пьезоэлектрический преобразователь 3. Устройство также содержит электрически последовательно соединенные приемный пьезоэлектрический преобразователь 4, усилитель 5 с автоматической регулировкой усиления, фазовый детектор 6 и милливольтметр 7. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные низкочастотный генератор 8, цифровой частотомер 9 и блок 10 регулируамой задержки, аттенюатор 11 и блок 12 дополнительной задержки.

Вход блока 10 регулируемой задержки соединен с выходом блока 2 сдвига частоты, а выход блока 12 дополнительной задержки — со вторым входом фазового детектора 6. В устройство также входят ключи 13 и 14, через которые соединяются, соответственно, выход низкочастотного генератора 8 со вторым входом блока 2 сдвига частоты и выход аттенюатора 11 со вторым входом фазового детектора 6. Позицией 15 на чертеже обозначен контролируемый объект.

Способ реализуется следующим образом.

В исходном состоянии ключ 13 разомкнут, ключ 14 замкнут, а излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 установлены друг напротив друга на фиксированном расстоянии. С генератора 1 фиксированной частоты через блок

2 сдвига частоты на входы преобразователя 3 и блока 10 регулируемой задержки поступают синусоидальные электрические колебания частотой f, . Преобразователь 3 трансформирует электрические колебания в акустические, которые, преодолев воздушный промежуток излучающий преобразователь 3 приемный преобразователь 4, поступают на преобразователь 4. Преобразователь

4 трансформирует акустические колебания в электрические, которые поступают на вход усилителя 5 с задержкой во времени относительно колебаний, поступающих на выход блока 2, определяемой из выражения и л и и

"о " "1 "3 где, — задержка колебаний в излучающем преобразователе 3; задержка колебаний в приемном преобразователе 4;

1357708

45 (1 — 1,5) . 4,/iaaf „, 50 задержка колебаний в воздушной среде, разделяющей пре" образователи 3 и 4.

Усилитель 5 усиливает поступившие в него колебания, чормирует их ро ам5 плитуде и передает на первый вход фазового детектора 6. Электрические колебания, поступающие с выхода блока

2 на вход блока 10 регулируемой за- 1р держки, пройдя через последний, поступают на аттенюатор 11,где нормируются по амплитуде, и далее, через замкнутый ключ 14 †. на второй вход фазового детектора 6. В детекторе 6 происходит сравнение по фазе колебаний, поступающих на его различные входы, результаты которого отображаются милливольтметром 7. Изменяя с помощью блока 10 длительность задерж- 2р ки электрического сигнала, поступающего на второй вход фазового детектора 6» например, до величины i, добиваются фиксирования нулевого значения выходного напряжения детектора 6. За- 25 тем размещают между преобразователями 3 и 4 контролируемый объект 15, например полимерную пленку толщиной h иэ материала со скоростью С распространения акустических колебаний. В ре- 3р зультате размещения контролируемого объекта 15 к задержке С добавляется задержка В » равная h/Ñ, и, соответственно, изменяется разность фаз колебаний, поступающих на различные входы детектора 6. Иилливольтметр 7 фиксирует полученную разность фаз

2и hf, " .». +

1 С с» где F, — погрешность преобразования разности фаз ц в электри1 ческий сигнал детектором 6.

Размыкают ключ 14 и колебания с выхода аттенюатора 11 поступают на вход фазового детектора 6 через блок

12, протерпевая дополнительную задер/ жку д » выбранную из выражения где — пороговая чувствительность о фазового детектора 6.

Дополнительная задержка вызывает изменение разности / фаэ на величи1 ну dg=2llf„51., Замыкают ключ 13 и колебания с выхода низкочастотного генератора 8 поступают на второй вход блока 2 сдвига частоты. Увеличением частоты низкочастотного генератора 8 плавно сдвигают частоту высокочастотных колебаний и добиваются компенсации изменения разности фаэ на ве1 личину dq по достижении частотой акустических колебаний значения f .

Милливольтметр 7 фиксирует при этом ту же разность dq фаэ.

1 (г = 2«f (h/С-дс)+Р, С помощью частотомера 9 по достижении частотой акустических колебаний значения f измеряют частоту f гег Я» нерируемую генератором 8, и определяют f . При использовании в качестве блока 2 электронного однополосно га модулятора сдвиг по частоте высокочастотных колебаний в нем равен частоте управляющих низкочастотных колебаний и частота f2=f, + f . Толщину н

h контролируемого объекта 15 определяют из выражения ! С йглh 2 или

= С,2ь(1 + fÄ/fÄ).

Выбор величины такой, чтобы фазовый сдвиг от нее в 2-3 раза превышал пороговую чувствительность к разности фаз фаэометра, позволяет осуществить надежную фиксацию вносимого фазового сдвига и производить перестройку частоты в достаточна узком диапазоне. Перестройка частоты в узком диапазоне позволяет пренебречь погрешностью, обусловленной дисперсией скорости распространения акустических колебаний, а также неконтролируемыми фазовыми набегами в злектроакустическом тракте. Фиксирование частоты f при том же значении разности ч», фаз позволяет исключить влияние на показание фазометра погрешности преобразования фазового сдвига в электрический сйгнал.

Формула изобретения

Способ бесконтактного измерения толщины плоских изделий, заключающийся в том, что соосна устанавливают акустические излучатель и приемник на фиксированном расстоянии, генерируют излучателем акустические колебания частотой f, принимают акустические колебания приемником, располагают контролируемое изделие между излучателем и приемником, измеряют с помо1357708

Составитель В.Гондаревский

Техред А. Кравчук

Корректор А.Обручар

Редактор Г.Волкова

Заказ 5986/37

Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щью фазометра фиксированную разность фаз ц, колебаний излучателя и приемника и измеряют толщину контролируемого иэделия с учетом фиксированной разности фаз, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности, после измерения изменяют разность фаз колебаний на величину лц, затем изменяют частоту излучаемых колебаний, измеряют частоту f npu которой измеряемая разность фаз станет равной „, а толщину h контролируемого изделия определяют иэ выра,жения С f длi

h = = »

272 (f к- ) где С вЂ” скорость распространения акустических колебаний в материале контролируемого изделия;

a (2-3) Ч, — величина изменения фикси рованной разности фаэ на частоте f, — пороговая чувствительность

0 фазометра.