Ультразвуковой бесконтактный способ контроля толщины изделий

 

Использование: для контроля линейных размеров промышленных изделий. Цель изобретения - повышение точности измерений. Сущность: при контроле акустический канал, через который передают ультразвуковые колебания, стабилизируют путем подачи в него сжатого воздуха. Расчет толщины изделий ведут по предложенной формуле. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных размеров промышленных изделий.

Известен ультразвуковой способ контроля толщины изделий, заключающийся в двухсторонней эхолокации изделия ультразвуковыми импульсами, в эхолокации отражателя в опорном акустическом канале и в измерении времени распространения эхосигналов [1] Известен ультразвуковой способ контроля толщины изделия, при котором проводят одновременную эхолокацию основного и дополнительного отражателей опорного акустического канала и одной из сторон изделий с последующей эхолокацией второй стороны изделия, регистрируют четыре эхосигнала и измеряют интервал времени между третьим и четвертым эхосигналами, по которому определяют толщину изделия [2] Недостаток рассматриваемых выше способов трудность обеспечения высокой точности измерений из-за невозможности создать идентичные электроакустические тракты в измерительном и опорном каналах.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, согласно которому излучение и прием акустических колебаний в опорном (эталонном) канале осуществляют в прямом и обратном направлениях и калибруют этот канал на рабочей частоте f₁. Озвучивают изделие с двух сторон и фиксируют суммарную фазу отраженных от его поверхности сигналов. Изменяют рабочую частоту до значения f₂, при котором суммарная фаза равна нулю. О толщине h изделия судят по соотношению h lf₂-f₁/f₂, где l расстояние между преобразователями (а.с. СССР N 1523916, кл. G 01 B 17/02, 1989).

В этом способе контроль толщины изделий ведут с помощью герметических колебаний. Эти сигналы обладают малой мощностью и вследствие этого распространяются в воздухе очень плохо. Поэтому их очень сложно передавать в воздушной среде. Из-за этого понижают частоту гармонических колебаний, что приводит к увеличению погрешностей при контроле толщины изделия в производственных условиях.

Цель изобретения повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в способе бесконтактного измерения толщины, заключающегося в двусторонней эхолокации изделия ультразвуковыми колебаниями и в измерении времени распространения эхосигналов, акустический воздушный канал, через который передают ультразвуковые колебания, стабилизируют путем подачи в канал сжатого воздуха. Расстояние между акустическими преобразователями в этом канале устанавливают длиной l, измеряют 2n раз (например n 100). Время t_o распространения ультразвуковых колебаний от одного электроакустического преобразователя к другому без изделий и n раз время t₁ распространения ультразвуковых сигналов от одного акустического преобразователя к другому с изделием, а толщину h изделия определяют про формуле: h l t_o постоянно обновляют до по- явления в зоне контроля контролируемого изделия.

На чертеже представлено устройство, реализующее заявляемый способ бесконтактного измерения толщины.

Устройство содержит два приемопередающих электроакустических пьезопреобразователя 1 и 2, отстоящих друг от друга на расстоянии l, параллельно соединенных с двумя выходами генератора 3 импульсных сигналов и двумя входами приемника 4. Своим первым выходом приемник 4 соединен с выходом синхронизатора 8, а вторым выходом с первым входом измерителя 5 временных интервалов. Последний своим выходом через блок центрального процессора 6 соединен с цифровым индикатором 7. Синхронизатор 8 своим выходом параллельно соединенный с входом генератора 3 импульсных сигналов и вторым входом измерителя 5 временных интервалов. Акустический воздушный канал, через который передают ультразвуковые колебания, стабилизируют путем подачи сжатого воздуха через воздуховоды 9. Воздуховоды оканчиваются обоймами 10, охватывающими электроакустические пьезопреобразователи 1 и 2. Между корпусом электроакустических пьезопреобразователей, выполненных в виде круглого цилиндра, существует щель (1,5-2 мм) для подачи сжатого воздуха в акустический воздушный канал. Постоянное давление воздуха в канале поддерживается регулятором 11 прямого действия с задатчиком 12.

В измерительном канале создается поток воздуха с постоянным давлением, а также другими параметрами очень важными при измерении времени распространения ультразвуковых колебаний: температурой, влажностью, запыленностью. Эти параметры можно считать постоянными, т.е. при периодическом контроле изделий 13 они находятся в зоне контроля очень малые доли времени по сравнению с возможными колебаниями параметров в системе подготовки сжатого воздуха. Так, например, при контроле толщины древесностружечных плит (ДСП) после шлифования форматом 1830х5500 мм и скорости подачи 22,5 м/мин плита находится в зоне контроля ≈ 15 с.

Таким образом, акустический канал остается постоянным, что позволяет значительно снизить мгновенные случайные помехи при измерении толщины изделий при колебании возмущающих факторов внешней среды и внесении в акустический канал контролируемых изделий с температурой, отличной от температуры окружающей среды. Это происходит из-за того, что стабилизируется скорость распространения ультразвуковых колебаний в измерительном канале, включающего электроакустические пьезопреобразователи 1 и 2 и воздушный промежуток (акустический канал) в зоне распространения ультразвуковых колебаний.

Устройство работает следующим образом.

Вначале происходит измерение времени распространения ультразвуковых колебаний t_о в случае, когда измеряемое изделие отсутствует. Синхронизатор 8 периодически запускает генератор импульсных сигналов 3. Последний возбуждает электроакустический пьезопреобразователь 1. Ультразвуковые волны проходят между первым и вторым электроакустическими пьезопреобразователями, принимаются вторым электроакустическим пьезопреобразователем и усиливаются в приемнике 4. По сигналу с выхода синхронизатора 8 и принятого с второго электроакустического пьезопреобразователя и усиленного сигнала в приемнике 4 измеритель временных интервалов 5 формирует время распространения ультразвуковых колебаний t_o. Такие измерения производятся 2-xn раз. Это время суммируется, и сумма постоянно обновляется в блоке центрального процессора 6, до появления в зоне контроля контролируемого изделия.

При появлении контролируемого изделия в зоне контроля синхронизатор 8 с той же частотой периодически запускает генератор импульсных 3 сигналов, который возбуждает первый электроакустический пьезопреобразователь. Он излучает акустические колебания в сторону контролируемого изделия 13. Последние, отражаясь от его поверхности, принимаются тем же электроакустическим пьезопреобразователем 1 и усиливаются в приемнике 4. По принятому сигналу генератор 3 возбуждает второй электроакустический пьезопреобразователь. Последний излучает акустические колебания к противоположной стороне контролируемого изделия, которые, отражаясь от его поверхности, вновь им принимаются и усиливаются в приемнике 4. По сигналу с выхода синхронизатора 8 и принятого усиленного сигнала от второго электроакустического пьезопреобразователя измеритель временных интервалов 5 формирует время распространения ультразвуковых колебаний. Такие измерения производятся n количество раз. Это время суммируется в блоке центрального процессора 6.

Согласно полученным измерениям в блоке 6 происходит вычисление толщины h изделия по формуле: h l· Затем полученное значение толщины индицируется на цифровом индикаторе 7.

Блоки 3, 4, 5, 8 можно построить по схемам стандартного дефектоскопа, например УД2-12, блок центрального процессора 6 на базе однокристальной микро-ЭВМ типа К 1816 ВЕ 39, а индикатор 7 на базе цифровых индикаторов АЛС 233Б.

Таким образом, заявляемый способ имеет следующие преимущества: отсутствие опорного канала измерений, что само по себе является источником дополнительных погрешностей. Здесь используется один и тот же электроакустический канал; контролируемое изделие может свободно перемещаться в вертикальной плоскости, что значительно упрощает конструкцию и удовлетворяет производственным условиям; приведенная расчетная формула включает в себя отношение измеряемых величин. Такой принцип очевидно значительно увеличивает точность определения толщины; в приведенной формуле присутствует отношение сумм измеряемых величин. Это обстоятельство увеличивает точность вычисления толщины при применении цифровой техники (точность вычислений ограничивается ценой младшего разряда числа);
акустический канал стабилизируется подачей в него сжатого воздуха с постоянным давлением, что значительно уменьшает погрешность при измерении времени распространения ультразвуковых колебаний и толщины контролируемых изделий;
контроль изделий может производиться как в воздушной, так и в жидкостной среде (вода и т.п.).

Формула изобретения

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в двусторонней эхолокации изделия ультразвуковыми колебаниями и в измерении времени распространения эхосигналов, по которым судят о толщине изделия, отличающийся тем, что эхолокацию изделия осуществляют посредством первого и второго акустических преобразователей, установленных на расстоянии l один от другого, с подачей сжатого воздуха со стабильными параметрами в зону между акустическими преобразователями, измеряют 2n раз время t₀ распространения ультразвуковых колебаний от одного акустического преобразователя до другого в отсутствии изделия и n раз измеряют время t₁ - сумму времени распространения эхосигналов для каждого из акустических преобразователей изделия, в толщину h изделия определяют по формуле

РИСУНКИ

Рисунок 1