Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров

 

Изобретение относится к нераз- ,рушающему контролю материалов .ультразвуковым методом и может быть использовано в машиностроении для измерения толщины материалов и изделий . Целью изобретения является повышение точности измерений за счет полной компенсации температурной погрешности измерений при отклонении размеров контролируемых изделий от номинального значения. Работа устройства заключается в формировании временного интервала, равного разности между временем прозвучивания в нале с фиксированной базой прозвучивания и суммарного времени прозвучивания в первом и втором контролируемых УЗ-каналах, его расширении и заполнении счетными импульсами, по числу которых судят о толщине изделия . Дополнительно производится сравнение временного интервала с выхода УЗ канала с фиксированной, базой прозвучивания и заданным кодом номинального размера изделия, устанавливаемого при. настройке. По результату сравнения автоматически корректируется частота генератора . счетных импульсов. 2 ил. О) с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН р 4 С 01 В 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 41721 14/25-28 (22) 04.01.87 (46) 23.03.89. Бюл. (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля. качества материалов (72) А.А.Костин и В.А.Калинин (53) 531.71?(088.8) (56) Патент Франции У 154473, ул. G 01 В 17/00, 1968.

Авторское свидетельство СССР

М 991164, кл. G 01 В 17/02, 1983. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХОИИПУЛЬС НЫЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬ PA3NEPOB (57) Изобретение относится к нераз,рушающему контролю материалов ультразвуковым методом и может быть использовано в машиностроении для измерения толщины материалов и изделий. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов ультразвуковым методом и может быть использовано в машиностроении, авиастроении и других отраслях для измерения толщины материалов и изделий.

Целью изобретения являетчя повышение точности измерений за счет полной компенсации температурной,погрешности измерений при отклонении размеров контролируемых изделий от номинального значения.

На фиг. 1 изображена структурная схема измерителя; на фиг. 2 - времен з0 4ЯДЯ2 А1 полной компенсации температурной погрешности измерений при отклонении размеров контролируемых изделий от номинального значения. Работа устройства заключается в формировании временного интервала, равного разности между временем прозвучивания в УЗ канале с фиксированной базой прозвучивания и суммарного времени прозвучивания в первом и втором контролируемых УЗ-каналах, его расширении и заполнении счетными импульсами, по числу которых судят о толщине изделия ° Дополнительно HpoHsBopBTcH сравнение временного интервала с выхода УЗ канала с фиксированной базой прозвучивания и заданным кодом номинального размера изделия, устанавливаемого при. настройке. По результату сравнения автоматически корректируется частота генератора счетных импульсов. 2 ил. ные диаграммы, иллюстрирующие работу измерителя.

Ультразвуковой эхоимпульсный из- М меритель размеров (фиг. 1) содержит синхронизатор 1, три приемно-передающих канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные генераторы 2-4 зондирующих импульсов, > приемно-передающие преобразователи

5-7, усилители 8- 10, селекторы-формирователи 11-13 и измерительные триггеры 14-16; выход триггера 14 соединен с входом генератора 3 зондиру" ющих импульсов и вторым входом из1.46 7392 мерительного триггера 15 . второго .приемно-передающего канала, последовательно соединенные первую схему И 17, первый вход которой соединен с

5 инверсным выходом измерительного триггера 15 второго приемно-передающего канала, второй вход — с прямым выходом измерительного триггера 16

:третьего приемно-передающего канала, ;схему ИЛИ 18, расширителЬ 19 времен,ных интервалов, вторую схему И 20, ,.третью схему И 21 и реверсивный ,:счетчик 22, четвертую схему И 23, 1 первый вход которой соединен с прямым15 ,выходом измерительного триггера 15

",второго приемно-передающего канала,, второй вход — с инверсным выходом измерительного триггера 16 третьего приемно-передающего канала, третий вход — с третьим входом первой схемы 1 17 и с вторым выходом синхронизаI тора 1, последовательно соединенные четвертый триггер 24, S"âõoä которого соединен с выходом первой схемы И 17, 25

R-вход — с выходом четвертой схемы

И 23, и вторым входом схемы ИЛИ 18, инверсный выход - с вторым входом третьей схемы И 21,,и пятую схему

И 25, второй вход которой соединен 30 с выходом второй схемы И 20, выход— с суммирующим входом реверсивного счетчика 22, генератор 26 счетных мпульсов, последовательно соединен ные шестую схему И 27, первый вход которой соединен с вторым входом второй схемы И 20, и выходом генератора

26 счетных импульсов, второй счетчик

28, вход "Сброс" которого соединен с вторыми входами селекторов формирователей 11-13, с вторыми входами измерительных триггеров 14 16 и с входами генераторов 2 и 4 первого и третьего приемно-передающих каналов, входом 11Сброс 1 реверсивного 45 счетчика 22 и первым выходом синхронизатора 1, схему 29 сравнения кодов и формирователь 30 управляющего напряжения которого соединен с первым входом генератора 26 счетных импуль50 сов, пятый триггер 31, выход которого ,соединен с вторым входом генератора

26 счетных импульсов; первый вход — с вторым входом шестой схемы И 27 и прямым выходом измерительного триггера 16

55 третьего измерительного канала, второй вход — с вторым входом формирователя 30 управляющего напряжения и третьим выходом синхронизатора I„ и последовательно соединенные блок 32 циФровой обработки, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 22 и эадатчика 33 кодов, выход которого соединен с вторым входом схемы 29 сравнения кодов. Измеряемое иэделие 34 размещено между преобразователями 5 и 6, третий преобразователь 7 установлен на расстоянии от отражателя 35, равном суммарному расстоянию между преобразователями

5 и 6 за вычетом номинального размера иэделия 34..

Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы (фиг. 2а), запускающие генератор 3 зондирующих импульсов первого приемо-передающего канала и устанавливающие измерительный триггер 14 в

Ф единичное состояние. Импульсы генератора 2 зондирующих импульсов возбуждают преобразователь 5. Ультразвуковой импульс, излучаемый преобразователем 5, отражается от поверхности контролируемого изделия 34 и поступает на вход усилителя 8, а с его выхода — на вход селектора-формирователя 11, управляемого синхронизатором 1. Сформированный селекто- . ром-формирователем 11 импульс (фиг.

2б) с задержкой относительно импульса синхронизации (фиг..2а) сбрасывает измерительный триггер 14. По заднему фронту сигнала (фиг. 2в) измерительного триггера 14 устанавливается в единичное состояние измерительный триггер 15 и запускается генератор 3 зондирующих импульсов, который вырабатывает электрический импульс с такими же параметрами, что и генератор 2 зондирующих импульсов первого приемно-передающего канала. Этот импульс возбуждает преобразователь 6. Ультразвуковой импульс, получаемый преобразователем 6, отражается от противоположной поверхности контролируемого изделия 34 и поступает на вход усилителя 9, а с выхода — на вход селектора-формирователя 12, управляемого синхронизатором 1.

Сформированный сеяектором-формирователем 12 импульс (фиг. 2г) с задержкой tg относительно импульса (фиг. 2<) полученного на выходе селектора-формирователя 11 первого той схеме И 23. На ее входы поступает импульс (фиг, 2м) с прямого выхода измерительного триггера 15> импульс (фиг. 2и) с инверсного выхода измерительного триггера 16 и импульс (фиг. 2к),формируемый синхронизатором 1. В результате на выходе четвертой схемы И 23 формируется импульс (фиг. 2н) длительностью t=(t + )-t3.

В обоих случаях полученный им,пульс (фиг. 2л) или (фиг, 2н) через схему ИЛИ 18 поступает на вход расширителя 19 временного интервала. Коэффициент расширения устанавливается при калибровке.

С выхода расширителя 19 временного интервала расширенный импульс (фиг. 2о) поступает на первый вход второй схемы И 20, на второй вход которой подаются импульсы (фиг. 2п) с генератора 26 счетных импульсов.

Полученная пачка импульсов (фиг. 2р) поступает на первый вход третьей схемы И 2 1 и второй вход пятой схемы И 25.

На первый вхоп пятой схемы И 25 и на второй вход третьей схемы И .21 поступают сигналы с прямого и инверсного выходов четвертого триггера 24.

Таким образом, при t ) (t, + t ) импульсы (фиг ° 2р) с выхода пятой схемы И 25 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 22. При

c(t, + t,,) импульсы (фиг. 2р) с выхода третьей схемы И 21 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 22.

Управление четвертым триггером 24 осуществляется подачей на его входы сигналов с выхода первой и четвертой схем И 17 и 23.

Полученное в реверсивном счетчике

22 число поступает в блок 32 у цифровой обработки, где происходит его сложение с номинальным значением контролируемого размера и индикации полученного значения.

Для устранения погрешности измерения, обусловленной изменением скорости ультразвука в промежуточной жидкости при изменении температуры, импульс (фиг. 2з) с прямого выхода измерительного триггера 16 поступает, на второй вход шестой схемы И 27, на второй вход которой поступают импульсы с выхода генератора 26 счетных импульсов. С выхода схемы

И 25 пачка импульсов (фиг. 2с) пос15

5 1467392 6 канала, сбрасывает измерительный триггер 15.

Импульс (фиг. 2д) с прямого выхода измерительного триггера 15 поступает

5 на первый вход четвертой схемы И 23, а импульс (фиг. 2е) с инверсного выхода — на первый вход первой схемы

И 17.

Одновременно с запуском генера- 10 тора 2 зондирующих импульсов первого канала синхронизатор 1 запускает генератор 4 зондирующих импульсов третьего канала, который вырабатывает электрическим импульс с такими же параметрами, что и генератор 2. Этот импульс возбуждает преобразователь 7 третьего канала °

Ультразвуковой импульс, излучаемый преобразователем 7, отражается от 20 поверхности отражателя 35, принимается тем же преобразователем 7 и поступает на вход усилителя 10, а с

его выхода — на вход селектора-формирователя 13, управляемого синхро- 25 низатором 1.

Сформированный селектором-формирователем 13 импульс (фиг. 2ж) с задержкой tg относительно импульса (фиг. 2а) синхронизатора 1, сбрасы- 30 вает триггер 16, импульс (фиг. 2з) с прямого выхода которого поступает на второй вход первой схемы И 17, а импульс (фиг. 2и) с инверсного выхода — на второй вход четвертой ЗБ схемы И 23.

Значение t устанавливается при калибровке измерителя путем изменения расстояния между отражателем 35 и преобразователем 7 третьего канала до получения равенства t pt +t<.

При этом в качестве контролируемого изделия 34 должен быть установлен образец с номинальным значением геометрического размера. 45

Выделение интервала — (t „+ tz) при t> > (t, + t<) происходит на первой схеме И 17. На его входы поступают импульс (фиг. 2е) с инверсного выхода измерительного 50 триггера 15, импульс (фиг. 2з) с (прямого выхода измерительного триггера 16 и импульс (фиг. 2к), формируемый синхронизатором 1. В резуьтате на выходе первой схемы И 17 формируется импульс (фиг. 2л) длительностью 1 = Й (g + tg) °

Если t z c t „+ t<), то выделение интервала осуществляется на четвер1467392 гупает на вход второго счетчика

28. Полученное в счетчике 28 число, соответствующее измеренному расстоянию от преобразователя 7 до отражателя. 35, поступает на первый вход схемы 29 сравнения кодов, на второй вход которой поступает эталонное число с задатчика 33 кода. При отйчии кода, поступающего с второго четчика 28, и кода эталонного числа, поступающего с задатчика 33 фода, схема 29 сравнения кодов вырабатывает логические сигналы рассог1 асования Больше" или "Иеньше"»

Которые по импульсам (фиг, 2ф) с третьего выхода синхронизатора 1 записываются в формирователь 30 управляющего напряжения. С этого

Момента и до прихода импульса фиг. 2а) с первого выхода синхроизатора 1 осуществляется коррекция частоты генератора 26 счетных импульсов .

Включение последнего производится 25

Импульсом (фиг. 2т) с выхода пятого триггера 31, управление которым осу цествляется импульсом (фиг. 2з} с прямого выхода триггера 16 третьего канала и импульсом (фиг. 2ф) синхронизатора 1.

Таким образом, применение автоматической подстройки частоты генера,:тора счетных импульсов в каждом такте измерений сигналом с УЗ-канала с фик35 фированной базой прозвучивания повышает точность измерений за счет пол:ной компенсации температурной погрешности измерений как при номинальном значении размера изделия, так и при @ отклонении размера изделия от номинального значения, что позволяет уменьшить потери при отбраковке изделий.

Формула изобретения

Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров, содержащий синхронизатор» три приемно-передающих канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные генераторы зондирующих импульсов, приемнопередающий преобразователь, усилитель, селектор-формирователь и измерительный триггер, последовательно соединенные первую схему И, схему

ИЛИ, расширитель временных интервалов, вторую схему И, третью схему И и реверсивный счетчик, четвертую схему

И, последовательно соединенные четвертый триггер и пятую схему И, генератор счетных импульсов и задатчик кодов, выход измерительного триггера приемно-передающего канала соединен с входом генератора зондирующих импульсов и вторым входом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, первый вход первой схемы И соединен с инверсным выходом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, а второй вход — с прямым выходом измерительного триггера третьего приемно-передающего канала, первый выход синхронизатора соединен с входом "Сброс" реверсивного счетчика, с вторыми входами селекторов- формирователей и с. вторыми входами измерительных триггеров и входами генераторов зондирующих импульсов первого и третьего приемно-передающих каналов, первый вход четвертой схемы И соеди г нен с прямым выходом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, второй вход — с инверсным выходом измерительного триггера третьего приемно-передающего канала, а третий вход — с третьим входом первой схемы И и с вторым выходом синхронизатора, S-вход четвертого триггера соединен с выходом первой схемы

И, R-вход — с выходом четвертой схемы

И и вторым входом схемы ИЛИ, а ин-„ версный выход — с вторым входом третьей схемы И, второй вход пятой схемы И соединен с выходом второй схемы

И, выход — с суммируюпрлм входом реверсивного счетчика, а выкод генератора счетных импульсов соединен с вторым входом второй схемы И, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це-. лью повышения точности измерений, он снабжен последовательно соединенньии шестой схемой И, первый вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов, вторым счетчиком, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, схемой сравнения кодов, второй вход которой соединен с выходом задатчика кодов, и формирователем управляющего напряжения, выход которого соединен с первым входом генератора счетных импульсов, пятым триггером и блоком цифровой обработки, первый вход пятого триггера соединен .с вторым входом шестой

1467392

1О схемы И и прямым выходом измерительного триггера третьего приемно-передающего канала, второй вход — с вторым входом формировйтеля управляющего напряжения и третьим выходам синхрониэатора, а выход — с вторьм входом генератора счетных импульсов, вход блока цифровой обработки соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход — с входом задатчика кодов.

ИИ!!!!!И!11111111!И!111! !!!!1!!1!!11!!!!!1!!11П11 lllllillHlllllllllll

1467392

Составитель В, Белозеров

Техред М.Дидык Корректор М. Пожо

Редактор Л. Гратилло

3аказ 1184/37 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"„ r. Ужгород, ул. Гагарина 101