Устройство для контроля качества изделий

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и предназначено для дефектоскопии изделий и образцов материалов с помощью возбуждения в регистрации ультразву- -ковых резонансных колебаний. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет введения автоматической коррекции значения эталонной частоты в случае, когда сдвиг резонансной частоты изделия от дефекта типа трещины компенсируется сдвигом частоты от сколов либо от колебаний плотности материала изделия. Для этого в устройство введены вторые датчик 14 перемещений, преобразователь 15 перемещение - напряжение, аналоговые умножитель 16 и делитель 17, а также канал измерения массы изделия, состоящий из датчика 18 упругой деформации и преобразователя 19 деформация - напряжение. 1 ил. (Л со о: со о ел ОС

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Л 01 М 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4075689/25-28 (22) 05.05.86 (46) 30.12.87. Бюл. Р 48 (71) Московский инженерно-физический институт (72) В.Т ° Гевондян, К.И. Молодцов, Г.А. Сучков, M.À. Кочетов и В.M.Ùàвелин (53) 621.179.16(088.8) (56) Ермолаев С.M., Кудрявцев Е.M.

Спектроскоп для автоматизированных ультразвуковых исследований материалов и изделий в процессе облучения.-

В кн.: Техника радиационного эксперимента.-М.: Атомиздат, 1980, вып.8, с. 72-75.

Глаговский Б.А., Московенко И.Б.

Низкочастотные методы акустического контроля в машиностроении.-Л.: Машиностроение, 1977.

Авторское свидетельство СССР

1(1112271, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

ИЗДЕЛИИ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и предназначено для дефектоскопии изде-: лий и образцов материалов с помошью возбуждения в регистрации ультразву-ковых резонансных колебаний. Белью изобретения является повышение достоверности контроля за счет введения автоматической коррекции значения эталонной частоты в случае, когда сдвиг резонансной частоты иэделия от дефекта типа трещины компенсируется сдвигом частоты от сколов либо от колебаний плотности материала изделия. а.

Для этого в устройство введены вторые датчик 14 перемещений, преобразователь 15 перемешение — напряжение, аналоговые умножитель 16 и делитель С

17, а также канал измерения массы изделия, состоящий из датчика 18 упругой деформации и преобразователя

19 деформация — напряжение. 1 ил.

1363058

Устройство работает следующим образом.

Контролируемое изделие устанавливают на упругий, элемент (например, балку), связанный с датчиком 18 упругих деформаций. В качестве датчика

Изобретение относится к неразрушающему контролю образцов материалов и изделий с помощью возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний и может быть использовано в различных областях цромышленности для массового контроля качества изделий из различных керамических, металлокерамических и металлических материалов в 10 форме диска, цилиндра, втулки, многогранной призмы и т,п.

Целью изобретения является пбвышение достоверности контроля за счет. корректировки значений эталонной час- 15 тоты.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство для контроля качества .изделий содержит последовательно 70 электроакустически соединенные генератор 1 качающейся частоты, возбудитель 2 и приемник 3 колебаний, блок

4 усилителей, амплитудный детектор 5, формирователь 6 строб-импульсов, блок 25

7 обработки сигнала, блок 8 индикации, вторым входом подключенный к выходу генератора 1 качающейся частоты, RS-триггер 9 и аналоговый коммутатор 10, выходом подключенный к входу генератора 1 качающейся частоты, последовательно соединенные первые датчик 11 перемещений и преобразова— тель 12 перемещение — напряжение, блок 13 модулирующего напряжения, выходом подключенный к второму входу аналогового коммутатора 10, последовательно соединенные второй датчик

14 перемещений, второй преобразователь 15 перемещение — напряжение, аналоговый перемножитель 16, вторым входом подключенный к выходу первого преобразователя 12 перемещение — напряжение, и аналоговый делитель 17, выходом подключенный к третьему входу аналогового коммутатора 10, последовательно соединенные датчик 18 упругих деформаций и преобразователь.

19 деформация — напряжение, первым выходом подключенный к входу "Дели50 мое" аналогового делителя 17, а вторым выходом — к первому входу аналогового коммутатора 10. могут быть использованы тензорезисторы, включенные по схеме моста, механотропный, электромагнитный датчики и т,д. Величина деформации упругого элемента пропорциональна массе контролируемого изделия, измеряется дат- чиком 18, затем преобразуется в напряжение преобразователем 19. Преобразователь 19 деформация — напряжение может быть выполнен в виде последовательно соединенных усилителя и схемы выборки — хранения, где запоминается напряжение, подаваемое с выхода усилителя.

Датчик 18 упругой деформации может быть выполнен как упругий элемент в форме кольца из ферромагнитного материала, которое с одной стороны закреплено .на массивном жестком основании, а на диаметрально противоположной стороне кольца выполнена плоская лыска, на которую помещается контролируемое изделие. При измерении массы в кольце с помощью дополнительных излучающего и приемного электромагнитных преобразователей и усилителя возбуждаются резонансные автоколебания, сдвиг частоты которых зависит от массы контролируемого изделия.

Значение резонансной частоты автоколебаний кольца с изделием фиксируется преобразователем 19, состоящим из двоичного цифрового частотомера, вход которого соединен с выходом блока усилителя .и цифроаналоговым преобразователем, выход которого соединен с входом "Делимое" блока аналогового делителя 17. Сброс частотомера осуществляется импульсом с RS-триггера 9.

После измерения массы изделие закрепляют в зажимном устройстве для последующего контроля размеров и частоты, осуществляемого следующим образом.

Возбудитель 2 колебаний, на который подается переменное по частоте напряжение с генератора 1 качающейся частоты, возбуждает через стержневые звукопроводы в контролируемом объекте механические резонансные колебания.

Последние преобразуются приемником .

3 колебаний в электрический сигнал, который поступает на вход блока 4 усилителей, в котором осуществляется необходимое усиление сигнала и подавление сигналов обусловленных откликами

) исследуемого образца на гармонические составляющие переменного напряжения

25 — + з

13 генератора 1 качающейся частоты. С этой целью он настраивается таким образом, чтобы середина полосы пропускания блока 4 усилителей совпадала с текущим значением основной частоты генератора 1 и изменялась синхронно с ней. После усиления сигнал детектируется амплитудным детектором

5. При совпадении частоты переменного напряжения генератора 1 с резонансной частотой контролируемого объекта амплитуды колебаний последнего резко увеличивается и на выходе детектора

5 появляется огибающая сигнала в форме резонансного пика. Далее с выхода амплитудного детектора 5 сигнал подается на формирователь 6 строб-импульса, который вырабатывает короткий импульс в момент времени, соответствующий переходу частотно-измеряющегося напряжения генератора 1 через максимум резонансного пика контролируемого объекта. С выхода формирователя

6 строб-импульса сигнал подается на блок 7 обработки сигнала и далее на блок 8 индикации, на котором осуществляется индикация эталонной и резонансной частот.

Для формирования эталонной часто- ты, кроме измерения массы, произво: дится измерение двух размеров, которое осуществляется следующим образом.

Подвижный элемент первого датчика

11 перемещений кинематически соединен с подвижным концом одного из двух звукопроводов, второй из которых является опорным. Выход датчика

ll перемещений соединен с преобразователем 12 перемещение — напряжение.

Второй датчик 14 перемещений (расгиэложенный в плоскости, повернутой на о

90 по отношению к первому датчику) служит для измерения другого размера контролируемого изделия. С выходов первого 12 и второго 15 преобразователей перемещение — напряжение аналоговое напряжение, пропорциональное (относительно выбранной базы) величине перемещения подвижных элементов датчиков 11 и 14 перемещения при закреплении контролируемого изделия, подается на входы аналогового перемножителя 16 и далее произведение напряжений с выхода перемножителя подается на вход "Делитель" аналогового делителя 17. С выхода аналогового делителя 17 напряжение подается через аналоговый коммутатор 10 на па63058 4 раметрически изменяемый элемент в частотно задающей цепи генератора 1 качающейся частоты. При этом на выхо" де генератора 1 устанавливается значение скорректированной эталонной частоты, соответствующей размерам а и Ь и массе m контролируемого объекта с физико-механическими характеристиками эталонного изделия.

После индикации значения эталонной частоты блоком 8 индикации RS-триггер 9 вырабатывает импульс, переклю-. чающий аналоговый коммутатор 10 в положение, при котором на параметрически изменяемый элемент генератора 1 подается пилообразное напряжение с блока 13 модулирующего напряжения, . тем же импульсом выключается схема выборки — хранения преобразователя

19 деформация — напряжение. Затем происходит поиск резонансной частоты контролируемого объекта в выбранном интервале частот. Обнаружение и индит": кация резонансных частот осуществляется с помощью формирователя 6 стробимпульса, блока 7 обработки сигналов и блока 8 индикации.

Поскольку зарегистрированные частоты резонансных колебаний контролируемого объекта зависят, с одной стороны, от геометрических размеров и массы, а с другой стороны, от наличия в нем трещин, пор, раковин, сколов и т. д., то положение этих частот на частотной оси относительно скорректированной эталонной частоты используется в качестве критерия дефектности контролируемого изделия Г

4p = af, а измеренные параметры à, b>

m u f служат для определения плотГ ности (пористости) материала контролируемого изделия.

Определим зависимости для коэффициентов коррекции эталонной частоты.

В общем случае резонансная частота контролируемого изделия простой формы (цилиндр, диск, пластина, прямая

Г

50 многогранная призма и т.п.) зависит от двух его размеров а Ь и плотHocTH p e KoHTpoJIb изделий с пОмощью предлагаемого устройства осуществляется по сдвигу частоты относительно эталона (имеется в виду середина всех полей допусков), который можно определить по формуле

1363058 аа=а-а эт э

ЬЬЬ-Ь, т эт

10 (2) 1 1 3Е (- - --- --). р Е„ар дЕ

dp (t) I s рэт

f r

0 2V E

1,А» ЭЕ) 1 ill

dm --- V

Ч Ч1а 1 Ь) +

ЭЧ 55

+ --- Ь) аь

Й аь)) . аА 3А (—— а +---За дЬ

3V

d m - ---(--- J a

V" Sd

Е A

1дЕ Г 1

+ геар (v

1 (1

d (v

m - ---(- da +

m ЭЧ

V За где a f = о а а+ P a b+ g m; а а, 6 Ь, am - изменение размеров и массы контролируемого изделия относительно эталона;

- резонансная частота эталонного иэделия, а т, Ьэт, m» - размеры и масса эталонного иэделия; а, Ь, m - -размеры и масса контролируемого изделия.

Физический смысл коэффициентов. коррекции oL, P, )) можно понять, анализируя выражение для значения частот . собственных колебаний изделий 20 = А (ь ь ) --ГЕ (tC р э где А — коэффициент формы рассматриваемого иэделия; 25

F. — - модуль Юнга; р — плотность материала.

Логарифмируя и беря полный дифференциал из (2), получим

d f dA 1dE 1др З0

4. »а (3)

А 2Е 2р

Считая, что Е зависит только от

lll с учетом р = --- (V - объем те-. З5 ла), получим

ЭЕ

d Е = -----.d> ар- "; (4) dV - ----- а а + ----- d Ь; (6)

ЗЧ 8V аа аЬ 45

ЭА ЭА д А ----" да + ----- d Ь (7)

3а аь

Выражая (4) через (5), а (5) через 50 (6) и подставляя полученные выражения в (3), получим

Переходя к конечным приращениям, получим окончательно:

1ЭА ) ач

f À Ý à а=а„2 p» V» Эа а=а

fll gg dE и

2V„E„„ар

ЗЧ

ЗЬЬ=Ь - 2VE

ЗЕ 3V 1 ЭЕ др ЭЬ Ь= Ь ) i)b 2ЕЧ ар

1 )

2рЧ Ьп) °

Таким образом, (1 аА

f --- -- а = а + з эт А, да эт 2V р

1ЭЕ дЧ

) а = а

Едр да эт

1 3А ЭЧ

« IA„3b Ь = b«2V„ b=b, ЭА „„3V

С - )Р 0 да а = а ц! т За а =а эт эт

3A .

1= Сэт

3V

Ьэт (((э ЭЬ b =Ь эт где Сэт — скорость звука в материале эталонного изделия.

Таким образом, коэффициенты коррекции сс, P, характеризуют сдвиг частоты в зависимости от изме" нения размеров и массы контролируемого изделия, что позволяет однозначно определить причину сдвига частоты в процессе контроля, а измерение параметров а, Ь, m u f позволяет дополнительно осуществлять контроль плотности изделий.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность контроля за счет введения автоматической коррекции значения эталонной

Составитель . Л. Иванов-Шиц

Редактор И. Рыбченко Техред А.Кравчук Корректор Л. Пилипенко

Заказ 6397/33. Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

7 13630 частоты, учитывающей, кроме геометрических размеров, массу контролируе.мого изделия, в случае, когда сдвиг резонансной частоты контролируемого

5 изделия от дефекта типа трещин компенсируется сдвигом частоты от сколов либо от колебания кажущейся плотности материала изделия. Формула изобретения 10

Устройство для контроля качества изделий, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор . качающейся частоты, возбудитель и приемник колебаний, блок усилителей, амплитудный детектор, формирователь строб-импульса, блок обработки сигна-. ла, блок индикации, вторым входом йодключенный к выходу генератора качающейся частоты, RS-триггер и аналоговый коммутатор, выходом подклю-. ченный к входу генератора качающейся частоты, последовательно соединенные

58 8 первые датчик перемещений и преобразователь перемещение — напряжение, и блок модулирующего напряжения, выходом подключенный к второму входу аналогового коммутатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения достоверности. контроля, оно снабжено последовательно соединенными вторым датчиком перемещений, вторым преобразователем перемещение— напряжение, аналоговым перемножителем, вторым входом подключенным к выходу первого преобразователя перемещение— напряжение, и аналоговым делителем, выходом подключенным к третьему входу аналогового коммутатора, последовательно соединенными датчиком упругих деформаций и преобразователем деформация — напряжение, первым выходом подключенным к входу "Делимое" аналогового делителя, а вторым выходом — к первому входу аналогового коммутатора.