Акустический блок с переменным углом ввода ультразвуковых колебаний

 

Изобретение может быть использовано в области неразрушающего контроля, а именно в конструкции пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода ультразвуковых колебаний в изделие, как с плоской, так и с криволинейной поверхностью. Цель изобретения - повышение качества и достоверности контроля. Акустический блок с переменным углом ввода ультразвуковых колебаний в изделие содержит корпус 1, установленный с возможностью вращения относительно центральной оси, жестко закрепленные в нем пьезоэлектрические элементы 2 - 9, переходную втулку 10 связи с механизмом 11 вращения и перемещения акустического блока. Корпус 1 акустического блока выполнен в виде сектора тела вращения, центры пьезоэлектрических элементов 2 - 9 расположены на сферической поверхности, минимальный радиус которой выбирается из соотношения где r - радиус пьезоэлемента, C_п - скорость распространения продольной волны в контактной жидкости; C_т; скорость растространения поперечной волны в изделиий - C_e - скорость распространения продольной волны в изделии; f - резонансная частота ультразвуковых колебаний пьезоэлемента. Акустические оси пьезоэлектрических элементов 2 - 9 пересекаются в одной точке. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю, а именно к конструкции пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода ультразвуковых колебаний в изделие как с плоской, так и с криволинейной поверхностью. Известен акустический блок, содержащий корпус, призму, установленную с возможностью вращения относительно центральной оси корпуса и имеющую грани, обеспечивающие изменения угла наклона по периметру, пьезоэлемент с электродами, жестко связанный с призмой. Известен акустический блок с переменным углом ввода ультразвуковых колебаний, содержащий корпус, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения относительно центральной оси, жестко закрепленные в нем пьезоэлектрические элементы, один из которых является датчиком положения, и переходную втулку связи с механизмом вращения и перемещения акустического блока. Однако данное устройство не позволяет точно и достоверно контролировать криволинейные поверхности изделий. Цель изобретения - повышение качества и достоверности контроля. Это достигается тем, что в акустическом блоке с переменным углом ввода ультразвуковых колебаний, содержащем корпус, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения относительно центральной оси, жестко закрепленные в нем рабочие пьезоэлементы, датчик положения и переходную втулку связи с механизмом вращения и перемещения акустического блока, корпус акустического блока выполнен в виде сектора тела вращения с центральным углом не более 180^о и вогнутой сферической поверхностью, выполненной в корпусе со стороны, противоположной втулке связи с механизмом вращения и перемещения акустического блока, рабочие пьезоэлементы размещены равномерно на двух окружностях разного диаметра так, что их акустические оси пересекаются в одной точке, количество n пьезоэлементов удовлетворяет условию n ≥ где С_т - скорость распространения поперечной волны в материале контролируемого изделия; С_е - скорость распространения продольной волны в материале контролируемого изделия; r - радиус пьезоэлемента; f - резонансная частота ультразвуковых колебаний пьезоэлемента, а радиус сферической поверхности удовлетворяет условию R_сф≥ , С_п - скорость распространения продольной волны в контактной жидкости. Кроме того, предлагаемый блок снабжен двумя дополнительными датчиками положения акустического блока, ось основного датчика положения совпадает с осью вращения акустического блока, оси двух дополнительных датчиков параллельны оси вращения акустического блока, а расстояние между плоскостями, проходящими через ось вращения и через центры дополнительных датчиков, в два раза меньше, чем расстояние между центрами этих датчиков. На фиг. 1 показан акустический блок, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид снизу. Акустический блок состоит из корпуса 1, установленного с возможностью вращения относительно центральной оси и содержащего жестко закрепленные в нем пьезоэлементы 2-9, переходную втулку 10 связи с механизмом 11 вращения и перемещения акустического блока. Корпус акустического блока выполнен в виде сектора тела вращения, центры пьезоэлементов 2-9 расположены на сферической поверхности, минимальный радиус которой выбирается из соотношения: R_сф≥ . Акустические оси пьезоэлектрических элементов 2-9 пересекаются в одной точке, а углы β_i между этими осями и осью вращения выбираются в диапазоне arcsin ≥ β > arcsin ; а количество n рабочих пьезоэлементов удовлетворяет условию: n ≥ . Акустический блок снабжен тремя датчиками 12-14 положения, акустическая ось основного датчика 12 из них совпадает с осью вращения акустического блока и расположена в плоскости, совпадающей с радиальной плоскостью контролируемого изделия 15, а акустические оси двух других датчиков 13, 14 расположены в плоскости, параллельной ей, причем расстояние L между плоскостями, проходящими через ось вращения и через центры двух пьезоэлементов, в два раза меньше, что расстояние 2L между центрами этих пьезоэлементов. Акустический блок работает следующим образом. Акустический блок подключают к дефектоскопу (на чертеже не показан) и механизмом 11 вращения и перемещения акустического блока подводит его к поверхности контролируемого изделия 15 до тех пор, пока точка пересечения акустических осей пьезоэлектрических элементов 2-9 не окажется на поверхности контролируемого изделия 15. Это определяется по показаниям основного датчика 12 положения, ось которого совпадает с осью вращения акустического блока. Акустический блок поворачивают на 90^о, сохраняя расстояние от двух дополнительных датчиков 13, 14 положения акустического блока, расположенных в плоскости, параллельной радиальной плоскости контролируемого изделия 15 неизменным, т. е. показания дополнительных датчиков положения 13, 14 акустического блока должны быть одинаковыми при повороте на 90^о. Эти точки являются точками корректировки положения акустического блока относительно поверхности контролируемого изделия 15. При данных условиях плоскости, в которых находятся траектории перемещения точек акустического блока, при его повороте будут параллельны плоскости контролируемого изделия, если она представляет собой плоскую поверхность, или параллельны касательной, проведенной в точке, находящейся на поверхности контролируемого изделия, и являющейся точкой, в которой пересекаются акустические оси пьезоэлементов 2-9 при криволинейной поверхности контролируемого изделия 15. При выполнении данных условий углы β_i ввода ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие будут неизменными (постоянными) при повороте акустического блока. При контроле изделия в определенном направлении под определенным углом ввода ультразвуковых колебаний акустический блок разворачивают таким образом, чтобы плоскость, проходящая через ось вращения акустического блока и центра пьезоэлемента с заданным углом ввода ультразвуковых колебаний, совпала с направлением контроля. Перемещая акустический блок вдоль контролируемого изделия, проводят контроль в заданном направлении с заданным углом ввода ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие. При контроле изделия со всеми заданными углами ввода ультразвуковых колебаний в различных направлениях производят реверсивное вращение акустического блока на 360^о и перемещение его вдоль контролируемого изделия. Происходит автоматическое слежение за показаниями датчиков положения 12, 13, 14 акустического блока и корректировка его положения относительно поверхности контролируемого изделия 15. (56) Авторское свидетельство СССР N 551557, кл. G 01 N 29/04, 1973. Патент США N 3280621, кл. 73-67.8, 1966.

Формула изобретения

АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК С ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ ВВОДА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ, содержащий корпус, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения относительно центральной оси, жестко закрепленные в нем рабочие пьезоэлементы, датчик положения и переходную втулку связи с механизмом вращения и перемещения акустического блока, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и достоверности контроля, корпус акустического блока выполнен в виде сектора тела вращения с центральным углом не более 180^o и вогнутой сферической поверхностью, выполненной в корпусе со стороны, противоположной втулке связи, с механизмом вращения и перемещения акустического блока, рабочие пьезоэлементы размещены равномерно на двух окружностях разного диаметра так, что акустические оси пересекаются в одной точке, количество n пьезоэлектрических элементов удовлетворяет условию n ≥ ,
где C_т - скорость распространения поперечной волны в материале контролируемого изделия;
C_е - скорость распространения продольной волны в материале контролируемого изделия;
r - радиус пьезоэлемента;
f - резонансная частота ультразвуковых колебаний пьезоэлемента, а радиус сферической поверхности удовлетворяет условию
R_сф≥ ,
где C_п - скорость распространения продольной волны в контактной жидкости. 2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен двумя дополнительными датчиками положения акустического блока, ось основного датчика положения совпадает с осью вращения акустического блока, оси двух дополнительных датчиков параллельны оси вращения акустического блока, а расстояние между плоскостями, проходящими через ось вращения и через центры дополнительных датчиков, в два раза меньше, чем расстояние между центрами этих датчиков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2