Способ измерения толщины изделий с плоскими поверхностями

 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является расширение области применения и повышение точности измерения толщины изделий с непараллельными поверхностями за счет выбора оптимального рабочего угла между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью изделия. После установки пьезопластины в иммерсионной жидкости над поверхностью изделия с плоскими непараллельными поверхностями осуществляют наклон пьезопластины в плоскости непараллельности поверхностей изделия. В ходе наклона излучают пьезопластиной импульсы ультразвуковых (УЗ) колебаний, принимают отраженные изделием эхо-сигналы и измеряют их амплитуды. Определяют угловые положения пьезопластины, в которых максимальны амплитуды первого и второго донных эхо-сигналов, и фиксируют пьезопластину в промежуточном положении относительно вышеупомянутых. В зафиксированном рабочем положении измеряют временной интервал между первыми и вторым донными эхо-сигналами и с его помощью определяют толщину изделия. 3 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 В 17/02

ГОСУДАРСТВЕННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4498043/25-28 (22) 26,10.88 (46) 23.08.90. Бюл. N 31 (72) В.А.Протопопов. ut. В.П.Вовк (53) 620.179.16(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N934221,,кл. G 01 В 17/02, 1980.

Патент США N. 4470307, кл. G 01 N 29/04, 1984. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ИЗДЕЛИЙ С ПЛОСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ (57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является расширение области применения и повышение гочности измерения толщины иэделий с непараллельными поверхностями за счет выбора оптимального рабочего угла между плоскостью пьезоИзобретение относится к акустическим методам определения геометрических параметров изделий и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) толщинометрии изделий с плоскими поверхностями, в особенности изделий с непараллельными поверхностями, Цель изобретения — расширение области применения и повышение точности измерения толщины изделий с непараллельными поверхностями за счет выбора оптимального рабочего угла между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью изделия.

На фиг. 1 схематично представлена схе-. ма реализации способа измерения толщины изделий с плоскими поверхностями; на фиг. 2 — зависимость относительчого значения амплитуды А отраженных иэделием с Ж 1587335 А1 пластины и донной поверхностью изделия.После установки пьезопластины в иммерсионной жидкости над поверхностью изделия с плоскими непараллельными поверхностями осуществляют наклон пьезопластины в плоскости непараллельности поверхностей изделия. В ходе наклона излучают пьезопластиной импульсы ультразвуковых (УЗ) колебаний, принимают отраженные изделием эхо-сигналы и измеряют их амплитуды. Определяют угловые положения пьезопластины, в которых максимальны амплитуды первого и второго донных эхо-сигналов, и фиксируют пьезопластину в промежуточном положении относительно вышеупомянутых. В зафиксированном рабочем положении измеряют временной интервал между первыми и З вторым донными эхосигналами и с его помощью определяют толщину изделия. 3 ил, углом клиновидности 1 эхо-сигналов от угла а между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью иэделия (пунктирная линия — амплитуда отраженных плоскостью ввода эхо-сигналов, деленная пополам: сплошная линия — амплитуда однократно отраженных донной плоскостью эхо-сигналов; штриховая линия — амплитуда двукратно отраженных донной плоскостью эхо-сигналов); на фиг. 3 — зависимость абсолютной погрешности измерения толщины иэделия от угла а (сплошная линия — измерения на образце толщиной 4,976 мм и углом клиновидности 63; пунктирная линия—

I. измерения на образце толщиной 2,009 мм и углом клиновидности 119 ).

При реализации способа измерения толщины изделий с плоскими поверхностями иэделие 1 располагают в иммерсионной

1587335 жидкости 2 и устанавливают над ним плоскую пьеэопластину 3. Ближняя к пьеэопластине 3 плоскость 4 изделия 1 является поверхностью ввода, а дальняя от пьеэопластины 3 плоскость 5 изделия 1 — донной 5 поверхностью.

Способ измерения толщины изделий с плоскими поверхностями заключается в следующем, Над изделием устанавливают плоскую 10 пьезопластину и излучают ею импульсы УЗ колебаний. Отраженные изделием зхо-сигналы принимают пьезопластиной и измеряют их параметры. B ходе излучения-приема изменяют угол а между плоскостью пье- 15 зопластины и донной поверхностью изделия.. При изменении угла. а в плоскости непараллельности изделия определяют углы а1 и а р, при которых максимальна амплитуда однгократно и двукратно 20 отраженных донной поверхностью эхо-сигналов соответственно. Определяют рабочее значение угла ао иэ условия az <ао <а1 .

Измеряют толщину изделия по параметрам принять1х эхо-сигналов при угле а о . 25

Способ измерения толщины изделий с плоскими поверхностями реализуется следующим образом.

После установки пьезопластины 3, ра- 30 ботающей в совмещенном режиме, в иммерсионной жидкости 2 над поверхностью

4 ввода иэделия 1 осуществляют наклон пьезопластины 3 в плоскости с неизменным сечением изделия 1 до достижения макси- 35 мального значения амплитуды эхо-сигнала, отраженного поверхностью 4 ввода, и фиксируют угловое положение пьезопластины .3 в этой плоскости, Эатем осуществляют наклон пьезопластины 3 в плоскости непа- 40 раллельности поверхностей 4 и 5 изделия, т. е. в плоскости фиг. 1. Наклон осуществляют путем перемещения центра пьезопластины 3 по дуге (представлена на фиг, 1 штриховой линией) с неизменным расстоя- 45 нием между центром пьезопластины 3 и точкой ввода У3 колебаний в иэделие. В ходе наклона пьезопластины 3 излучают импульсы УЗ колебаний, принимают отраженные изделием эхо-сигналы и измеряют амплиту- 50 ду принятых эхо-сигналов. На фиг. 2 приведены экспериментально полученные зависимости относительной амплитуды А отраженных эхо-импульсов от угла а между плоскостью пьезопластины 3 и донной по- 55 верхностью 5 изделия 1 с углом Р клиновидности, раен ым 10. Из получен н ых зависимостей следует, что максимум амплитуды отраженного поверхностью 4 эхо-сигнала достигается при а = P, максимум амплитуды однократно о1раженного поверхностью 5 эхо-сигнала — при ai и максимум амплитуды двукратно отраженного поверхностью 5 зхо-сигнала — при az . Выбирают рабочее значение угла а = aо в плоскости непараллельности изделия 1 из условия а <ао <а1, фиксируют в этом положении пьеэопластину 3, измеряют временные параметры принятых эхо-сигналов, например, с помощью эхо-импульсного иммерсионного цифрового толщиномера с разрешающей способностью единицы микрометров, осуществляющего формирование временного интервала по первому и второму донным эхо-сигналам, и по ним определяют толщину изделия 1, В выбранном диапазоне значений угла ао для первого и второго донных эхо-сигналов фазово-амплитудная составляющая погрешности имеет противоположный знак, что объясняется интерференционными явлениями. Происходящее по этой причине изменение времени нарастания сигнала до уровня срабатывания формирующих устройств приводит к практически полной компенсации путевой погрешности. Оптимальноее значение ao on ределяетсз из вы ражения ао =Р(1 —,С ).

3Cж где Сж — скорость распространения У3 колебаний в иммерсионной жидкости 2;

См — скорость распространения УЗ колебаний в материале. изделия 1, При оптимальном значении ао угловые характеристики распространения УЗ колебаний, обозначенные на фиг. 1, определяются из выражений

Погрешность измерения при ао для изделии

1 с непараллельностью до 2 при толщине от 2 до 5 мм и См = 4600 6000 м/с составляет

0-10 мкм, Погрешность измерения при.ао о для изделий с непараллельностью,до 5 составляет до 50 мкм. При измерениях же толлР щины на углах a =P и а = и область применения ограничена значениями непараллельности P = 90-100, !

Формула изобретения

Способ измерения 1олщины изделий с плоскими поверхностями, заключающийся в том, что устанавливают плоскую пьезопла1587335 стину над изделием, излучают пьезопластиной импульсы ультразвуковых колебаний, принимают пьезопластиной отраженные изделием эхо-сигналы, изменяют в ходе излучения и приема угол между плоскостью 5 пьезопластины и донной поверхностью изделия до достижения максимальной амплитуды отраженных донной поверхностью эхо-сигналов, фиксируют угловое положение пьезопластины и измеряют толщину из- 10 делия по вреМенным параметрам эхо-сигналов в зафиксированном положении, отл и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области применения и повышения точности измерения толщины изде- 15 лий с непараллельными поверхностями, изменяют в ходе излучения и приема угол а между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью иэделия до достижения максимальных амплитуд однократно и дву- 20 кратно отраженных донной поверхностью эхо-сигналов, фиксируют угловое положение пьеэопластины при значении сВ, измеряют толщину изделия по временным параметрам эхо-сигналов в угловом положении ab, а значение аа выбирают из условия. аг <ао <а>, где ai — угол между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью изделия, при котором амплитуда однократно отраженного донной поверхностью эхо-сигнала максимальна; сг — угол между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью изделия, при котором амплитуда двукратно отраженного донной поверхностью эхо-сигнала максимальна.

1587335

Ф,евин

И Ю

Фиг.2

-J0

-ю -m -o а <„ю, а-у, Qg0t ãïì цг rgb

Юы.г

Составитель В, Гондаревский

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор В,Данко

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

Заказ 2412 Тираж 479 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб., 4/5