Устройство для бесконтактного измерения толщины перемещающихся листовых материалов и пластин

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины изделий из различных материалов, перемещающихся по базовой плоскости. Цель изобретения - повышение точности измерений. Первый счетный триггер управляет выполнением счетных операций в двухтактном измерительном цикле. Каждый такт сопровождается задержкой сигналов на приемной стороне, равной одному периоду акустических колебаний, так как амплитудный селектор сравнивает амплитуды одного и другого полупериодов принятых колебаний и формирует выходной сигнал на протяжении всего переходного процесса нарастания амплитуды отраженных и принятых приемной частью приемопередающего блока колебаний. Объединение выходов нуль-органа и амплитудного двухполярного селектора с элементом И позволяет исключить случайность в фиксации приема отраженного сигнала. Применение управляемой задержки позволяет ввести в ручном режиме задержку отпирания второго ключа, эквивалентную скорости перемещения образца по базовой плоскости, позволяет исключить погрешность измерения толщины путем учета в цикле сложения числа тактовых импульсов, индентифицирующих изменение толщины контролируемого объекта в результате его перемещения, 1 ил. сл ы Ч)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (ss)s G 01 В. 17/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

OllMCAHИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793466/28 (22) 20.02.90 (46) 07.06.92. Бюл. М 21 (71) Запорожский государственный университет (72) Л,.А.Галкин и В,З.Натапов (53) 620.179.16(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1262281, кл. G 01 В 17/02, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 913065, кл. G 01 В 17/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 859811, кл. 6 01 В 17/02, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПЛАСТИН (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины изделий из различных материалов, перемещающихся по базовой плоскости, Цель изобретения — повышение точности измерений. Первый счетный триггер управляет выполнением счетных операИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения толщин изделий иэ различных материалов. перемещающихся по базовой плоскости.

Известно ультразвуковое устройство для измерения линейных размеров, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и излучатель, последовательно соединенные приемник и усилитель, генератор масштабных меток, последовательно соединенные формирователь импульсов и счетчик, последовательно соединенные

„„5U„, 1739192 Al ций н двухтактном измерительном цикле.

Каждый такт сопровождается задержкой сигналов на приемной стороне, равной одному периоду акустических колебаний, так как.амплитудный селектор сравнивает амплитуды одного и другого полупериодов принятых колебаний и формирует выходной сигнал на протяжении всего переходного процесса нарастания амплитуды отраженных и принятых приемной частью приемопередающего блока колебаний.

Обьединение выходов нуль-органа и амплитудного двухполярного селектора с элементом И позволяет исключить случайность в фиксации приема отраженного сигнала.

Применение управляемой задержки позволяет ввести в ручном режиме задержку отпирания второго ключа, эквивалентную скорости перемещения образца по базовой плоскости, позволяет исключить погрешность измерения толщины путем учета в цикле сложения числа тактовых импульсов, индентифицирующих изменение толщины контролируемого объекта в результате его перемещения. 1 ил. ключ и блок памяти, триггер, соединенный одним входом с выходом синхронизатора вторым входом — с выходом усилителя и выходом — с первым входом формирователя импульсов, блок сравнения, соединенный первым входом с выходом счетчика, вторым входом — с выходом блока памяти, регисФратор, соединенный с выходом блока сравнения, и последовательно соединенные датчик наличия изделия, соединенный с входом синхронизатора, и формирователь одиночных импульсов, соединенный с выходом с первым входом клюяа, генератор масштабных меток соединен с вторым входом

1739192

15

20 чика 8 импульсов

Первый ключ 3 подсоединен информа40. ционным входом к выходу генератора 1, управляющим входом — к первому выходу

45 синхронизатора 2 и временного селектора 5 и сигнальным выходом — к входам нуль-органа 10 и амплитудного двухполярного селектора 11, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам

50 элемента И 12, подсоединенного выходом к входу первого счетного триггера 9 и к управляющему входу временного селектора 5, который подсоединен первым выходом к входу преобразователя 6, подключенного

55 выходом через последовательно соединенные масштабный усилитель 18 и преобразователь 7 амплитуда-длительность к управляющему входу реверсивного счетчика 8 импульсов, формирователя импульсов, а выход счетчика соединен с вторым входом ключа.

Известно устройство для измерения толщины ленты, содержащее акустическую головку с излучающими и тремя приемными злектроакустическими преобразователями, расположенными на различном расстоянии от поверхности ленты, последовательно соединенные синхронизатор, регулируемый усилитель, генератор импульсов, усилитель, первый квадратор и интегратор, выход которого подключен к второму входу регулируемого усилителя, корректирующий усилитель, вход которого подключен к выходу второго приемника преобразователя, второй квадратор, включенный между корректирующим усилителем и интегратором, первый источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу интегратора, сумматор и блок обработки, вход которого подключен к выходу сумматора, последовательно соединенные второй источник опорного напряжения, компаратор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя, второй 2 ключ,.второй вход которого подключен к выходу корректирующего усилителя, третий ключ, третий источник опорного напряже- ния, выход которого подключен к первому входу третьего ключа и сумматора, диффе- 3 ренциальный усилитель, включенный между третьим приемным преобразователем и компаратором, вторые входы второго и третьего ключей подключены к выходу компаратора, а выходы — к входу сумматора, Наиболее близким к изобретению по технической сути является ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор, генератор импульсов, приемопередающий блок, преобразователь амплитуда-длительность, временной селектор, преобразователь длительность — амплитуда, счетчик импульсов, блок задержки, формирователь импульсов, элемент ИЛИ, измеритель времени и регистратор.

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерений вследствие наличия систематической погрешности, связанной с затягиванием фронтов отраженных импульсов и с перемещением контролируемого изделия.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее синхронизатор, генератор импульсов, приемопередающий блок, временной селектор, преобразователь длительность-амплитуда, счетчик импульсов, блок задержки, преобразователь амплитуда — длительность и регистратор, снабжено генератором гармонических колебаний, двумя ключами, нуль-органом, амплитудным двухполярным селектором разности амплитуд полуволн, масштабным усилителем, двумя счетными триггерами, счетчик импульсов выполнен реверсивным, а блок задержки и регистратор выполнены управляемыми.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для бесконтактного измерения толщины перемещающихся листовых материалов и пластин.

Схема содержит генератор 1 гармонических колебаний стабилизированной частоты, синхронизатор 2, первый кл оч 3, приемопередающий блок 4, временной селектор 5, преобразователь 6 длительностьамплитуда, преобразователь 7 амплитуда-длительность, реверсивный счетчик 8 импульсов, первый счетный триггер 9, нуль-орган 10, амплитудный двухполярный селектор 11 разности амплитуд полунолн, элемент И 12, генератор 13 импульсов, второй ключ 14, блок 15 задержки; второй счетный триггер 16, регистратор 17 и масштабный усилитель 18.

Реверсивный счетчик 8 импульсов подключен счетным входом — к выходу второго ключа 14, суммирую цим входом — к первому выходу первого счетного триггера 9 и к управляющему входу блока 15 задержки, вычитающим входом — к второму выходу первого счетного триггера 9 и к входу второго счетного триггера 16, выход которого соединен с управляю цим входом регистратора 17, поключенного информационным входом к выходу реверсивного счетсинхронизатора 2 и выходом — к входу приемопередающего блока 4, подключенного управляющим выходом к первым входам

1739192

Синхронизатор 2 подключен вторым сы. Число импульсов, поступающих на упвходом к первому выходу генератора 13 им- равляющий вход реверсивного счетчика 8, пульсов и к входу генератора 1 гармониче- определяется длительностью импульса с с ких . колебаний, вто рой выход выхода преобразователя 7 амплитуда-вресинхрониэатора 2 соединен с первым уп- 5 мя, которая равна времени с момента излуравляющим входом второго ключа 14, под- чения до момента приема отраженного соединенного информационным входом к акустического сигнала, отпирающего ревервторому выходу генератора 13 импульсов, а сивный счетчик 8. При наличии сигнала развторым управляющим входом — к выходу решения на суммированиес первого выхода блока 15 задержки, информационный вход 10 первого счетного триггера 9 на суммируюкоторого соединен с вторым выходом вре- щем входе реверсивного счетчика 8 ведется менного селектора 5, . суммирование поступающих через второй

Устройстводля бесконтактного измере- ключ 14 импульсов. При наличии сигнала ния толщины перемещающихся листовых разрешения на вычитающем входе реверматериалов и пластин. Из непрерывных ко- 15 сивного счетчика 8 с второго выхода перволебаний стабильной частоты во, близкой к го счетного триггера 9 реверсивный счетчик резонансной частоте пьезоакустических из- 8 ведет вычитание поступающих через втолучателей и приемников, которые выраба- рой ключ 14 импульсов из накопленного в тываются генератором 1 гармонических нем числа импульсов. На выходе реверсивколебаний, синхронизатором 2 формирует- 20 ного счетчика 8 включен регистратор 17, упся пакет колебаний, напримердодвадцати равляемый с выхода второго счетного периодов, с помощью первого ключа 3, ко- триггера 16, задерживающего включение торые поступают на излучающую часть при- регистратора 17 на время обработки сигнаемопередающего блока 4. В лов в реверсивном. счетчике 8 и выдачи в приемопередающем блоке 4 пакеты элект- 25 регистратор результата, рических колебаний преобразуются в паке- Сигналы управления на разрушающие ты акустических колебаний, которые. (суммирующий или вычитающий) входы реизлучаются и после отражения от контроли- версивного .счетчика 8 формируются перруемогообъектапринимаютсяипреобраэо- вым счетным. триггером 9 по сигналу вываются в пакеты усиленных по амплитуде 25 выхода элемента И 12 с частотой Q следоэлектрических колебаний, В моменты излу- вания пакетов гармонических колебаний ча,чения и приема на первый и второй входы стоты cab(Q «é ) временного селектора 5 поступают, соответственно, отпирающий сигнал, сформи- Выходной сигнал элемента И 12 формированный в приемопередающем блоке 4, и 30 руетсяиэдвухсигналов: короткоговыходнозапирающий сигнал, сформированный с по- го сигнала нуль-органа 10, появляющегося мощьюнуль-органа10, амплитудногоселек- при прохождении через нуль, отраженного тора 11 и элемента И 12. Временной 0Т контролируемого объекта акустического селектор 5 с приходом отпирающего сигна- сигнала, преобразованного в электрический ла запускает преобразователь 6 длитель- 35 сигнал, и длинного выходного сигнала ампность-амплитуда, который формирует на литудного двухполярного селектора 11 ампвыходе напряжение, амплитуда которого литуд полуволн, появляющегося когда пропорциональна времени поохождения амплитуда одного полупериода принятых и акустическими колебаниями от излучателя преобразованных в электрический сигнал до приемника. Поступающее напрряжение 40 акустических колебаний не равна амплитуна выходе преобразователя 7 амплитуда- де второго полупериода колебаний, длительность, усиленное масштабным уси- - Блок 15 задержки осуществляет врелителем 18, преобразуется в промежуток менную задержку отпирания второго ключа времени, растянутый пропорционально ко- 14 только при такте суммирования по сигнаэффициенту усиления масштабного усили- 45 лу с выхода первого счетного триггера 9 на теля 18. С приходом сигнала с выхода время,пропорциональноечислуимпульсов, излучающей части приемопередающего соответствующих скорости перемещения блока 4 синхронизатор 2 отпирает с задер- контролируемого объекта. Вводимая задержкой, соответствующей запаздыванию сиг- жка позволяет на вход реверсивного счетнала в цепи преобразования чика 8 с выхода генератора 13 импульсов длительность-амплитуда-длительность,- 55 пропустить дополнительно некоторое число второй ключ 14, через который с выхода импульсов, соответствующее скорости пегенератора 3 импульсов на счетный вход ремещения контролируемого объекта, в ререверсивного счетчика 8 поступают импуль- жиме суммирования работы реверсивного

1739192 счетчика 8 и скорректировать погрешность результата измерений, определяемую скоростью перемещения контролируемого обьекта.

Измерение толщины плоских объектов, перемещающихся по плоскости, предлагаемых устройством осуществляется в два такта;. В первом такте запоминается результат в виде числа импульсов Np, пропорционального времени к> прохождения одним пакетом акустических колебаний расстояния I от излучателя приемопередающего блока 4 до контролируемого объекта (или поверхности базовой плоскости) и от контролируемого объекта до приемного преобразователя в приемопередающем блоке 4, в виде т = — =2N> ï, 2l

С (1) где С вЂ” скорость распространения акустических колебаний; и — число импульсов, пропорциональное скорости перемещения контролируемого объекта.

Во втором такте запоминается результат в виде числа импульсов N2, пропорциональный времени т2 прохождения другим пакетом акустических колебаний расстояния- 1 от излучателя в приемопередающем блоке 4 до поверхности базовой плоскости (объекта) и обратно на его приемный преобразователь в виде 2 — h — 2 К2. (2) где h — толщина контролируемого объекта.

Второй результат (четный цикл) вычитается из первого

С(t>- гр ) =- 2(N < - N2)„-и = 21- 2I + 2h = 2h. (3)

В связи с перемещением контролируемых образцов, имеющих конечные размеры, друг за другом в некотором расстоянии, па. кеты акустических колебаний, повторяющиеся с частотой И, отражаются либо от поверхности объекта, либо в отсутствие в измерительной зоне объекта — от поверхности базовой плоскости. В случае отражения от одной и той же поверхности, например от базовой поверхности, длительности отпирающих реверсивный счетчик 8 импульсов, сформированных преобразователями дли тельность-амплитуда-длительность, соответствующих временам прохождения расстояния между излучателем и приемником приемопередающего блока 4 двумя соседними пакетами акустических колебаний, одинаковы, В реверсивном счетчике 8 сформирована разность двух чисел, равная нулю;

В случае отражения акустических колебаний одного пакета колебаний от поверхно40 пульсов выполнен реверсивным и подклю25

35 сти контролируемого объекта, а второго пакета колебаний — от базовой поверхности (или наоборот), в реверсивном счетчике 8 формируется число, соответствующее разности двух слагаемых чисел импульсов, т.е. толщине обьекта измерения, которое поступает на регистратор 17 и индицируется

2 N< — й2 и 2N — n n

2 2 2 (4)

Тактовая частота генератора 13 импульсов синхронизирована генератором "I гармонических колебаний и выбирается кратной резонансной частоте электроакустических преобразователей приемопередающего блока 4.

Использование изобретения позволяет повысить точность измерений эа счет снижения систематической погрешности.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения толщины перемещающихся листовых материалов и пластин, содержащее синхронизатор, генератор импульсов, приемопередающий блок, преобразователь амплитуда — длительность, временной с;; лектор, преобразователь длительность — амплитуда, счетчик импульсов, блок задержки и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено генератором гармонических колебаний,двумя ключами, элементом И, нульорганом, амплитудным двухполярным селектором разности амплитуд полуволн, масштабным усилителем и двумя счетными триггерами. блок задержки и регистратор выполнены управляемыми, а счетчик имчен выходом к информационному входу регистратора, управляющий вход которого соединен с выходом второго счетного триггера, первый ключ подсоединен иформационным входом к выходу генератора гармонических колебаний, управляющим входом — к первому выходу синхронизатора, и выходом - к входу приемопередающего блока, подключенного управляющим выходом к первым входам синхронизатора и временного селектора и сигнальным выходом — к входу нуль-органа и амплитудного двухполярного селектора разности амплитуд полуволн, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента И, подсоединенногс выходом к входу первого счетного триггера и к управляющему входу временного селектора, который подсоединен первым входом к входу

1739192

Составитель В.Костюхин

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Заказ 1995 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 преобразователя длительность-амплитуда, подключенного выходом к входу масштабного усилителя, выход которого соединен с входом преобразователя амплитуда-длительность, подключенного выходом к управляющему входу реверсивного счетчика импульсов, подсоединенного счетным входом к выходу второго ключа, суммйрующим входом — к управляющему входу блока задержки и к первому выходу первого счетного триггера и вычитающим входом — к второму выходу первого счетного триггера и к входу второго счетного триггера, синхронизатор подключен вторым входом к первому выходу генератора импульсов и к входу генератора гармонических колебаний, вто5 рой выход синхронизатора соединен с первым управляющим входом второго ключа, подсоединенного информационным входом к второму выходу генератора импульсов, а вторым управляющим входом - к выходу

10 блока задержки, информационный вход которого соединен с вторым выходом временного селектора.