Ультразвуковое устройство для контроля толщины изделий

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах автоматического измерения толщин движущихся листовых материалов, диаметров изделий . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля толщины изделий любой ширины. Для этого в идентичные корпуса, заполненные жццкостью, устанавливают рабочие и контрольные преобразователи, измеряют время распространения ультразвуковых .колебаний, возбуждаемых преобразователями , и определяют толщину контролируемого изделия по формуле ( - |, /t; - 2), где К„ - расстояние от контрольного преобразователя до дна в каждом из корпусов, с , tp - время распространения ультразвуковых колебаний, возбуждаемых рабочими преобразователями в первом и втором корпусах соответственно; ( II tj, t - время распространения ультразвуковых колебаний, возбуждаемых контрольными преобразователями в первом и втором корпусах соответственно. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. i л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН g 4 С 01 В 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.(21) 4089240/25-28 (22) 09,07.86 (46) 23.01.89. Бюл. К 3 (71) Физико-технический институт

АН ТССР (72) А.Т.Белоус и Б.Б.Курбанов (53) 534.8(088.8) (56} Авторское свидетельство СССР

9 314070, кл. С 01 В 17/02, 1969 °

Авторское свидетельство СССР

Р 1048310, кл. С 01 В 17/02, 1983. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах автоматического измерения толщин движущихся листовых материалов, диаметров изделий. Целью изобретения является расширение функциональных воэможнос„„SU„„1453172 А1 тей путем обеспечения контроля толщины изделий любой ширины. Для этого в идентичные корпуса, заполненные жидкостью, устанавливают рабочие и контрольные преобразователи, измеряют время распространения ультразвуковых .колебаний, возбуждаемых преобразователями, и определяют толщину контролируемого изделия по формуле 8

= R (г /с „ + Kp /с„" — 2), где R .расстояние от контрольного преобразователя до дна в каждом из корпусов, г г" — время распространения ультр У развуковых колебаний, возбуждаемых рабочими преобразователями в первом и втором корпусах соответственно;

С с — время распространения ультк к развуковых колебаний, возбуждаемых контрольными преобразователями в первом и втором корпусах соответственно. з.п. ф-лы, 3 ил.

1453172

50. !!

Разрешение вычислений 66 которого !! соединен с выходом первого элемента

Изобретение относится к измериельной технике и может быть испольовано в системах автоматического змерения толщин или диаметров дви5 жущихся изделий, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля толщины иэделий азличной толщины. 10

На фиг. 1 представлена схема меанической части устройства для контоля толщины изделий, на фиг. 2— ункциональная схема устройства для азвода рабочих органов, на фиг.3— хема электрической части устройства я контроля толщины изделий. ультразвуковое устройство .для контоля толщины изделий содержит задаюй генератор 1, корпуса 2 и 3, за- 20 олненные жидкостью 4, в которых на иксированном расстоянии от их дна азмещены неподвижно первый 5 и Вто» ой 6 контрольные преобразователи, оединенные непосредственно с вьиодом25 оответственно первого 7 и второго 8 енераторов зондирующих импульсов и ерез первый 9 и второй 10 коммутаоры — с входами первого 11 и второ-. о 12 приемников, выходы которых через первый 13 и второй 14 формирова гели импульсов соединены с входами 15 и 16 "Остановка счета" первого 17 второго 18 блоков измерения време !и, входы "Начало счета" 19 и 20. ко-! горьи через первый 21 и второй 22 ,элементы задержки соединены с выходом первого элемента И 23, первый вход которого подсоединен к,выходу "Синхроимпульсы" 24 задающего генератора

1, а второй era вход подсоединен к выходу установленного в первом положении переключателя 25 режима работы на подключение через первый его вход к источнику напряжения, а входы

"Сброс" 26 и 27 первого 17 и второго

18 блоков измерения времени, также как и входы первого 21 и второго 22 элементов задержки непосредственно подключены ус выходу первого элемента И 23, кроме того, вьиоды первого

21 и второго 22 элементов задержки соединены с запускающими входами первого 7 и второго 8 генераторов и через первый 28 и второй 29 расширители импульсов — с входами первого 9 и второго 10 коммутаторов, а выход

"Счетные импульсы" 30 задающего генератора 1 соединен со счетными входами 21 и 32 первого 17 и второго 18 блоков. измерения времени, первый 33 и второй 34 рабочие преобразователи, установленные в тех же корпусах 2 и 3 в паре с.контрольными преобразователями 5 и 6 и соединенные непосредственно с выходами третьего 35 и четвертого 36 генераторов зондирующих импульсов и через третий 37 и четвертый 38 коммутаторы с входами третьего. 39 и четвертого 40 приемников, выходы которых через третий 41 и четвертый 42 формирователи.импульсов соединены с входами,"Остановка счета" 43 и 44 третьего 45 и четвертого лб блоков измерения времени, входы "Начало счета" 47 и 48, которых через третий 49 и четвертый 50 элементы задержки соединены с вьиодом первого элемента И 23, подключенного также к входам "Сброс" 51 и 52 третьего 45 и четвертого 46 блоков измерения времени. Кроме того,вьиоды третьего 49 и четвертого 50 элементов задержки соединены с запускающими входами третьего 35 и четвертого

Зб генераторов зондирующих импульсов и через третий 53 и четвертый 54 расширители импульсов — с входами третьего 37 и четвертого 38 коммутаторов, а выход "Счетные импульсы" 30 задающего генератора 1 соединен со счетными входами 55и 56 третьего 45 и четвертого 46 блоков измерения времени, при этом разрядные вьиоды первого 17, второго 18, третьего 45 и четвертого 46 блоков измерения времени соединены с входами первого 57, второго 58, третьего 59 и четвертого бО, буферных регистров, входы разрешения перезаписи чисел которьи через пятый 61, шестой 62, седьмой 63 и восьмой 64 элементы задержки соединены с выхрдами первого 13, второго 14 третьего 41 и четвертого 42 формирователей импульсов, выходы первого 57 и третьего 59, второго 58 и четвертого. 60 буферных регистров заведены на входы вычислительного блока 65, вход

И 23, а его разрядные выходы подсоединены к входу индикатора 67. Один из рабочих преобразователей, например, преобразователь 34, кинематически подсоединен-к соответствующему рабочему органу, содержащему измерительный ролик 68, закрепленный спомощью

1453172

25

55 оси к стержню 69, подпружиненному относительно неподвижных направляющих пружиной 70, а другой рабочий преобразователь 33 кинематически подсоеди нен через механизм к соответствующе- му ему рабочему органу, причем механизм содержит нерастяжимую нить 71, навешенную на шкивы 72, посаженные жестко на оси в неподвижных опорах, а рабочий орган содержит измерительный ролик 73, закрепленный с помощью оси к стержню 74, подпружиненному относительно неподвижных направляющих пружиной 75. Вход механизма 76 развода рабочих органов кинематически соединен с выходом электропривода

77, управляющий вход которого соединен с выходом реверсивного усилителя

78 мощности, подключенного своими входами к выходам второго 79 и третьего 80 элементов И, первые входы которых подсоединены через первый

81 и второй 82 элементы НЕ к средней точке первого 83 и второго 84 делителей напряжения, заземленные сопротивления которых шунтируются первым 85 и вторым 86 концевыми выключателями механизма 76 развода рабочих органов и при этом средняя точка первого делителя 83 напряжения соединена также через второй вход переключателя 25 режима работы, установленного во втором положении с вторым входом первого элемента И 23, а вторые входы второго 79 и третьего 80 элементов И непосредственно и через третий эле. мент НЕ 87 подсоединены к выходу четвертого элемента 88 И, входы которо го через четвертый 89 и пятый 90 элементы НЕ срединены со средней точкой третьего 91 и четвертого 92 делителей напряжения, заземленные сопротивления которых шунтируются герконами 93 и 94 механизмов наличия измеряемого изделия в месте расположения рабочих механизмов. Первый 95 и второй 96 маятниковые элементы механизмов наличия измеряемого изделия, снабженные управляющими магнитами 97 и

98 и способные поворачиваться вокруг осей в неподвижных опорах, в отсутст-. вие измеряемого изделия 99 располагаются на уровне нижней поверхности измеряемого изделия 99, а шестерни

100 и 101 механизма 76 развода рабочих органов, также как и эксцентрики 102 и 103, жестко посаженные на алы, установленные в опорах, образуют друг с другом кинематическую пару и способны обеспечить развод эксцентриков 102 и 103, кинематически связанных с рабочими органами.

Устройство работает следующим образом.

При наладочном режиме работы осуществляется выверка всех узлов устройства, проверка точности измерений путем контроля эталонных образцов изделий. При рабочем режиме осуществляется непосредственно процесс измерения размеров изделий. Тот или иной режим работы устройства обеспечивается установкой ручки переключателя

25 режима работы в соответствующее положение.

Работа устройства в рабочем режиме осуществляется следующим образом.

Цо поступления измеряемого изделия

99 в область расположения механизмов наличия измеряемого изделия рабочие органы находятся в разведенном состоянии с помощью эксцентриков 102 и

103 механизма ?6 развода рабочих органов. Когда геркон 93 замыкается магнитом 97 при повороте первого ма ятникового элемента 95, осуществляемом воздействием переднего края измеряемого изделия 99 при его движении в.направлении к области измерения,.то на входе пятого элемента НЕ

90 образуется сигнал "0", при этом, вследствие того, что геркон 94 ра- зомкнут, на входе четвертого элемента НЕ 89 получается .сигнал "1". На входы четвертого элемента И 88 с вы- ходов четвертого 89 и пятого 90 элементов НЕ поступают соответственно сигналы "0" и "1", в результате чего образуется сигнал "0" на втором входе второго элемента И 79 и на входе третьего элемента HE 87. При этом на втором входе третьего элемента И 80 образуется сигнал "1", а на его первый вход при разомкнутом состоянии второго концевого выключателя 86 с выхода второго делителя 84 напряжения через второй элемент НЕ 82 поступает сигнал "0". На первом входе второго элемента И 79 образуется сигнал "1" за счет инверсии первым элементом НЕ 81 сигнала "0", полученного с выхода первого делителя 83 напряжения при замкнутом состоянии первого концевого выключателя 85 °

Соответственно на выходах второго

5 9 и третьего 80 элементов И образуются сигналы "0", поступающие затем а входы реверсивного усилителя 78 ощности, что не меняет состояния ме1 анизма 76 развода рабочих органов °

Дальнейшее движение изделия 99 прифодит к замыканию и другого геркона

4 магнитом 98, что вызывает обраование сигнала,"0" и на входе чет- 10 ертого элемента НЕ 89. Сигнал "1", браэованный на выходе четвертого лемента И 88, поступает одновремено на второй вход второго элемента

79 и на вход третьего элемента НЕ 15

7, с выхода которого сигнал "0" слеует на второй вход третьего элемента И 80. Таким образом на обоих ходах третьего элемента И 80 приутствуют сигналы 0, а на входах 20 торого элемента И 79 — сигналы "1", то приводит к поступлению сигнала 1" с выхода второго элемента И 79 а первый вход реверсивного усилитея 78 мощности, с выхода которого 26 управляющий сигнал поступает на управляющий вход электропривода 77.

14531

Благодаря кинематической связи электропривода 77 с механизмом 76 30 развода рабочих органов с помощью последнего происходит опускание рабо их органов до соприкосновения с поерхностью измеряемого изделия 99, ри этом в момент начала опускания, оответствующий началу рабочего цик 1а измерений, второй концевой выклю атель 86 переводится в замкнутое е остояние отводом от него эксцентрика 103, в результате чего на первый 4р вход третьего элемента И 80 поступа6т сигнал " 1". После соприкосновения рабочих органов с изделием 99 эксЦентрики 102 и 103 продолжают опусКаться до того момента, когда экс- 4r

Центрик 103 разомкнет первый концевой выключатель 85, в результате чего с выхода первого делителя 83 напряжения последует сигнал "1" на вход первого элемента НЕ 81> с.выхода коз орого сигнал "0" поступит на первый вход второго элемента И 79, что приведет к остановке электропривода 77.

К роме того, этот же сигнал "1". с выхода первого делителя 83 напряжения ч(ерез второй вход переключателя 25 ,режима работы поступит на второй вход

,первого элемента И 23, определяя начхало цикла измерений устройства.

72 6

Поступлением сигнала-" 1" на второй вход первого элемента И 23 при размыканин первого концевого выключателя и сигнала "1" на первый его вход с выхода

"Синхроимпульсы" 24 задающего генератора 1 обусловлено начало измерения величин t, t„, с, с . Сигнал ! И I Д образованный на выходе первого элемента И 23, одновременно поступает на входы "Сброс" 26, 27, 51 и 52 первого 17, второго 18 и третьего 45 и четвертого 46 блоков измерения времени для их обнуления, при этом информация, записанная в них ранее, стирается. Этот же сигнал " 1" поступает на входы "Начало счета" 19, 20, 47, 48 блоков 17, 18, 45, 46 через соответствующие им первый 21, второй

22, третий 49 и четвертый 50 элементы задержки и на вход "Разрешение вычислений" 66 вычислительного блока

65 для выполнения операций предыдущего цикла измерений по заданному алгоритму:

Сигнал " 1 с выхода первого элемента И 23, поступая на входы "Начало счета" 19, 20, 47, 48 через соответствующие им элементы 21, 22, 49,50 задержки разрешает поступление импульсов с выхода "Счетные импульсы"

30 задающих генераторов 1 на счетные входы 31, 32, 55, 56 блоков 17, 18, 45, 46. При этом с выходов каждого из элементов 21, 22, 49, 50 задержки сигнал "1" поступает на запускающие входы первого 7, второго 8, третьего

35, и четвертого 36 генераторов зондирующих импульсов, каждый из которых возбуждает соответствующий преобразователь, излучающий ультразвуковые колебания. Первый 9, второй 10, третий 37 и четвертый 38 коммутаторы, используемые в качестве ключей, в момент возбуждения преобразователей 5, 6, 33, 34 отключаются от приемников 11, 12, 39, 40, исключая при этом влияние возникающих колебаний на приемники и с помощью расширителей 28, 29, 53; 54 запирают их на время действия мощного импульса генератора зондирующих импульсов. Время на которое запирается каждый приемник, меньше времени двойного прохождения ультразвуковым сигналом пути от соответствующего пьезопреобразователя до поверхности дна корпусов

2 и 3. Отраженные от поверхности дна

7 1453172 8

30 сигнала "0" на выходе третьего элемента И 80. Таким образом, на втором входе реверсивного усилителя 78 мощности образуется сигнал "0", а так

З5 как при этом на первом его входе также присутствует сигнал "0", то, следовательно, на его выходе присутствует сигнал "0", Вследствие этого электропривод 7? останавливается, 40 а эксцентрики I02 и 103 механизма 76 развода рабочих органов вновь оказываются в исходном состоянии, что соответствует окончанию рабочего цикла измерений.

45 Таким образом, предлагаемое устройство позволяет контролировать толщину изделий любой ширины, а также диаметры изделий наибольших размеров, например, штифтов, втулок.

Формула изобретения

5S сигналы принимаются преобразователем

5, 6, 33, 34 и поступают через коммутаторы 9, 10, 37, 38 на входы приемников 11, 12, 39, 40, с выходов которых сигналы следуют на входы соответ,ствующих формирователей 13, 14, 41, А2 импульсов. С выходов последних сформированные сигналы поступают на входы "Остановка счета" 15, 16, 43, 44 блоков 17, 18, 45, 46 измерения времени, прекращая при этом поступление импульсов с выхода 30 "Счетные импульсы" задающего генератора 1 на счетные входы 31, 32, 55, 56 блоков измерения времени. Кроме того, сформированные импульсы с выходов формирователей t3, 14, 41, .42 через пятый

61, шестой 62, седьмой 63 и восьмой

64 элементы следуют также на входы буферных регистров 57-60 для разреше ния перезаписи полученных чисел импульсов, соответствующих временам с „, с „, с, с р из блоков измерения времени в буферные регистры 5760, с выходов которых данные числа поступают на разрядные входы вычислительного блока 65. С поступлением сигнала "1" с выхода первого элемента И 23 на вход "Разрешение вычислений" 66 при очередном цикле измерения в вычислительном блоке 65 произойдет выполнение операций данного цикла по заданному алгоритму. Результат вычислений индицируется на индикаторе 67 в течение цикла измерений, Аналогично осуществляются все последующие циклы измерений.

При дальнейшем движении иэделия

99 первый маятниковый элемент 95 выпадает за его задний край и возвращается в исходное положение. Геркон 93 размыкается и в результате этого на входе пятого элемента НЕ 90 появляется сигнал "1", соответственно на первом входе четвертого элемента И 88, образуется сигнал "0", который поступает на второй вход второго элемента

И 79 и на вход третьего элемента НЕ

87, с выхода которого на второй вход третьего элемента И 80 поступает сигнал "1". На выходе второго элемента

И .79 образуется сигнал "0", а на выходе третьего элемента И 80 образуется сигнал "i" так как на его первый вход при замкнутом состоянии концевого выключателя 86 поступает сигнал

" 1" с выхода второго элемента HE 82.

На второй вход реверсивного усилителя

78 мощности с выхода третьего элемента И 80 поступает сигнал "1", в результате чего управляющий сигнал с выхода реверсивного усилителя ?8 мощности поступает на управляющий вход электролривода 77 .для отвода рабочих органов от изделия 99 механизмом 76 развода рабочих органов. При этом в тот момент, когда первый концевой вы ключатель 85 замкнется отводом от него эксцентрика 103, на второй вход первого элемента И 23 и с выхода первого делителя 83 напряжения через второй вход переключателя 25 режима работы поступает сигнал 0", в результате чего с выхода первого элемента

И 23 на входы "Сброс" 26, 27, 51, 52, входы элементов 21, 22, 49, 50 задержки, вход 66 "Разрешение вычислений" — "0", что приводит к завершению циклов измерения. В момент, когда эксцентрик 103 разомкнет второй концевой выключатель 86 с выхода второго делителя 84 последует сигнал на вход второго элемента НЕ 82, с выхода которого на первый вход напряжения третьего элемента И 80 поступает образовавшийся сигнал "0", которым предопределяется присутствие

1. Ультразвуковое устройство для контроля толщины изделий, содержащее источник питания, задающий генератор, индикатор, два заполненных жидкостью корпуса, два рабочих органа, два рабочих канала измерения, каждый из которых состоит из последовательно

1453172 соединенных генератора зондирующих импульсов, рабочего преобразователя, размещенного в корпусе и соединенного с соответствующим рабочим орга5 н ом,. приемника, формирователя импульсов и блока измерения времени, другие входы которого соединены с выходами задающего генератора, и канал компенсации температурной погрешности, вы1 олненный в виде последовательно соеиненных генератора зондирующих имульсов, контрольного преобразоватеприемника, формирователя импульов и блока измерения времени, другие 15 в оды которого соединены с выходами задающего генератора, а выход задаего генератора подключен к выходам енераторов зондирующих импульсов аждого из каналов, о т л и ч а ю- 2п е е с я тем, что,- с целью расширеия функциональных возможностей пуем обеспечения контроля толщины изелий различной ширины, оно снабжено торым каналом компенсации темпера- 25 урной погрешности измерений, выпол,енным аналогично первому, переклю.чателем режима работ, первый вход ! .которого соединен с источником питания, напряжение элемента которого со- 30 ответствует значению логической единицы, первым элементом, первый вход которой соединен с переключателем р ежима работ, а второй — с выходом задающего генератора, буферными регитрами по числу каналов, соединенЗБ

« ыми с выходами соответствующих блоков измерения времени и приемников, вычислительным блоком, информационНые входы которого соединены с буферНыми регистрами, вход разрешения— с выходом схемы совпадения, а выход— с входом индикатора, а рабочие и контрольные преобразователи рабочих каналов и канатиков компенсаций температурной погрешности размещены по одному в каждом корпусе.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью предотвращения повреждения рабочих органов острыми краями контролируемого изделия, оно снабжено последова1ельно соединенными реверсивными усилителем мощности, электроприводом и механизмом развода рабочих органов, четырьмя делителями йапряжения, состоящими из двух сопротивлений каж" дый, одно из которых соединено с общим приводом, двумя концевыми выключателями и двумя герконами, шунтирующими соединенные с общим приводом сопротивления делителей напряжения, четырьмя элементами НЕ, входы которых подключены к выходам соответствующих делителей напряжения, последовательно соединенными вторым элементом И, пятым элементом НЕ и третьим элементом И, четвертым элементом И, первый вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ, а выход — к первому входу реверсивного усилителя мощности, выходы третьего и четвертого элементов НЕ подключены к соответствующим входам второго элемента И, второй вход третьего элемента И подключен к выходу первого элемента НЕ, ее выход — к второму входу реверсивного усилителя мощности, а выход напряжения подключен к второму входу переключателя режима работы, ! 453172

1453172

Составитель С.Волков

Техред А.Кравчук Корректор М.Демчик

Редактор Н.Бобкова

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

Заказ 7268/34 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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