Акустический профиломер



Акустический профиломер
Акустический профиломер
Акустический профиломер

 


Владельцы патента RU 2554307:

Российская Федерация,от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

Изобретение относится к области метрологии, в частности к средствам измерения расстояний, размеров и формы различных объектов. Устройство содержит жезл с двумя акустическими излучателями, пусковую кнопку и наконечник, контактирующий с поверхностью измеряемого объекта, акустический приемник с тремя микрофонами, снабженными формирователями переднего фронта импульса и закрепленными в вершинах жесткого треугольника. Также профиломер содержит трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор и счетчик измерителя временных интервалов. Электронный блок через соответствующий интерфейс соединен с ЭВМ. Акустический приемник выполнен в виде равносторонней треугольной антенны, установленной на опорные точки, причем центры двух микрофонов должны быть расположены на оси, перпендикулярной плоскости ее опорных точек. При этом фронтальная поверхность антенны закрыта звукоизолирующим экраном с отверстиями для микрофонов, на поверхности экрана между расположенными на оси микрофонами размещена мишень диаметром порядка 20 мм с перекрестием в центре, а между индуктивными электродинамиками установлен лазерный целеуказатель. Технический результат - повышение точности измерений и сокращение трудоемкости измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области метрологии, в частности к средствам измерения расстояний, размеров и формы различных объектов, в том числе относящихся к судостроению.

Важной и распространенной технологической задачей при строительстве, ремонте кораблей и судов, а также при освидетельствовании их в эксплуатации является контроль местных деформаций и отклонений размеров и формы, указанных в конструкторской документации, например, от чертежа наружной обшивки корпусных конструкций.

При этом к основным видам контролируемых дефектов относятся: бухтиноватость, разностенность и «домики». Бухтиноватость определяет местные деформации полотнища (обшивки) и набора в виде выпучины или вмятины. Разностенность определяет несовмещение поверхностей листов (набора) у перекрестных связей или вдоль стыка (паза). «Домик» определяет местную деформацию полотнища (обшивки) и набора в районе стыковых или пазовых соединений корпусных конструкций.

Традиционный способ контроля местных деформаций регламентирован ОСТ 5.9079-80 «Отраслевой стандарт. Комплексная система контроля качества. Деформации местные сварных корпусных конструкций. Нормы и методы контроля». Этот способ основан на использовании простой механической оснастки: прикладываемых к поверхности измерительных металлических линеек, вставляемых под них щупов, а также прибора - бухтиномера, измеряющего стрелки прогибов обшивки (аналог устройства). В состав бухтиномера входят: направляющая, выдвижные штанги с опорами, каретка, подпружиненный щуп с измерительной линейкой и контактным роликом. Для определения границ впадин и выпучин, их стрелки прогиба, а также измерения разностенности по стыковым швам каретка с линейкой перемещается вдоль направляющей. Предел допускаемой погрешности измерения бухтиномером ±1 мм, пределы измерения ±20 мм, масса 3 кг.

Указанное устройство - аналог имеет следующие недостатки: низкая точность; узкие пределы измерения; трудоемкость и субъективность визуального отсчета геометрических параметров по продольной и поперечной линейкам; сложность устойчивого удержания инструмента и ручного перемещения каретки с одновременной записью данных измерения при работе на наклонных поверхностях конструкций.

Известно трехкоординатное устройство измерения расстояния до различных точек поверхности объекта по патенту РФ №2260772, принятое за прототип. Это устройство содержит жезл с заостренным наконечником и пусковой кнопкой, на котором закреплены два разнесенных по длине акустических излучателя, трехмикрофонную приемную антенну, трехканальный электронный блок, подключенный к общему интерфейсу и ЭВМ. Патентовладельцем был изготовлен, испытан и передан в опытно-промышленную эксплуатацию опытный образец локационно-акустической измерительной станции «ЛАИС», реализующей указанное изобретение (журнал «Вестник технологии судостроения» №15, 2007 г.).

Однако указанное устройство - прототип - имеет некоторые недостатки, а именно: ограниченная точность ±1,5 мм измерения координат контрольных точек, связанная, в частности, с инерционностью пьезоэлектрических излучателей жезла, уменьшающей крутизну фронта акустического импульса; неопределенность базирования микрофонов антенны относительно поверхности контрольных точек; неопределенность базирования акустического жезла относительно микрофонной антенны.

Задачей заявленного устройства, является создание электронного компьютеризированного измерителя профиля поверхности на акустических принципах снятия информации, применение которого обеспечит такой технический результат как существенное повышение точности и снижение трудоемкости при контроле местных деформаций во многих областях промышленности, в том числе при замерах наружной обшивки судовых корпусных конструкций.

Указанный технический результат достигается в техническом решении акустического профиломера, который содержит жезл с двумя акустическими излучателями, пусковую кнопку и наконечник, контактирующий с поверхностью измеряемого объекта, акустический приемник с тремя микрофонами, снабженными формирователями переднего фронта импульса и закрепленными в вершинах жесткого треугольника, а также подключенный к общему интерфейсу и ЭВМ трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор и счетчик измерителя временных интервалов. При этом акустический приемник выполнен в виде равносторонней треугольной антенны, установленной на опорные точки, причем центры двух микрофонов должны быть расположены на оси, перпендикулярной плоскости ее опорных точек. Кроме того, фронтальная поверхность антенны закрыта звукоизолирующим экраном с отверстиями для микрофонов, на поверхности экрана между расположенными на оси микрофонами размещена мишень диаметром порядка 20 мм с перекрестием в центре, а между излучателями установлен лазерный целеуказатель.

При этом соблюдаются следующие условия:

L1=L2; hi≈h2, h3≈h4, где

L1 - расстояние между центрами микрофонов, расположенных на оси;

L2 - расстояние между центрами излучателей (электродинамиков);

h1 - расстояние от плоскости опорных точек антенны до центра нижнего микрофона;

h2 - расстояние от контактирующей точки наконечника жезла до центра нижнего излучателя (электродинамика);

h3 - расстояние от плоскости опорных точек антенны до центра мишени;

h4 - расстояние от контактирующей точки наконечника жезла до центра лазерного целеуказателя.

В частном случае заявляемого решения корпус антенны акустического профиломера может быть выполнен в виде единой печатной платы, на которой собраны микрофоны, формирователи переднего фронта импульса и электронный блок с разъемом.

В другом частном случае в качестве акустических излучателей жезла могут быть использованы индуктивные электродинамики с верхним значением частотного диапазона не менее 25 кГц.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой расположения узлов акустического профиломера во время процесса измерения (фиг.1) и двумя фотографиями макета акустического профиломера (фиг.2 и 3).

Акустический профиломер состоит из следующих узлов:

- акустического излучающего жезла 12 с пусковой кнопкой 14 и наконечником 13, который устанавливается на поверхности измеряемого объекта 1; на жезле 12 установлены два акустических излучателя 15, представляющие собой индуктивные электродинамики с верхним значением частотного диапазона не менее 25 кГц, между которыми установлен лазерный целеуказатель 16; жезл 12 соединен с электронным блоком 4 кабелем 11, электронный блок соединен с ЭВМ (ультрабуком) кабелем 10;

- равносторонней треугольной микрофонной приемной антенны 2, корпус которой установлен на трехточечное основание 8 и выполнен в виде единой печатной платы 3, на которой собраны микрофоны 5, их предварительные усилители и электронный блок 4 с разъемом 6 для подключения к ЭВМ 9; для устойчивости корпуса антенны допускается его магнитный или вакуумный прижим к поверхности измеряемого объекта 1 при условии расположения центров двух микрофонов 5 на координатной оси (У), перпендикулярной к плоскости опорных точек основания 8;

- звукоизолирующего экрана 7, закрывающего фронтальную поверхность печатной платы (корпуса антенны) 3, с отверстиями, открывающими микрофоны; экран предназначен для защиты микрофонов от акустических помех, которые могут проходить по жесткому корпусу печатной платы, облученной акустическими импульсами жезла; на фронтальной поверхности экрана 7 между микрофонами, расположенными на оси, размещена мишень 17 диаметром порядка 20 мм с перекрестием в центре.

Соотношения равенства расстояния между центрами динамиков (L2) с расстоянием между центрами микрофонов (L1) и приблизительного равенства расстояния от плоскости опорных точек антенны до центра нижнего микрофона (h1) с расстоянием от контактирующей точки наконечника жезла до центра нижнего излучателя (h2), а так же расстояния от плоскости опорных точек антенны до центра мишени (h3) с расстоянием от контактирующей точки наконечника жезла до центра лазерного целеуказателя (h4).

Работа с помощью заявленного устройства производится следующим образом. Одну из сторон антенны 2, перпендикулярную к плоскости ее опорных точек и соединяющую центры двух микрофонов 5, принимают за координатную ось (Y) и располагают ее на объекте контроля 1 в створ размеченной трассы расположения контрольных точек измеряемого профиля конструкции на расстоянии (h5) (около размера стороны антенны) до ближайшей контрольной точки 18. Наконечник жезла 13 устанавливают поочередно в каждую контрольную точку, располагая жезл 12 близко к параллельности с координатной осью антенны с помощью лазерного целеуказателя 16, затем нажимают пусковую кнопку 14 для посылки акустических сигналов от жезла к антенне.

Измерение трехмерных координат контрольных точек профиля производится в системе координат трехмикрофонной антенны, где началом координат является центр нижнего микрофона, ось X поперечная в плоскости антенны, ось Z продольная, перпендикулярная к плоскости антенны, как показано на фиг.1.

Измерение координат осуществляется посредством измерений расстояний от центра источника импульсов до каждого из приемников, которые определяются по формуле

Li=Cti,

где С - скорость звука в воздухе в м/с;

ti - время распространения акустического импульса от электродинамика до микрофона в с, которое измеряется счетчиком времени, запускаемым одновременно с излучением акустического импульса и останавливаемым в момент прихода акустического импульса к микрофону.

По полученным расстояниям Li и известным геометрическим параметрам конфигурации расположения микрофонов по триангуляционному методу выполняются вычисления координат центра источника импульсов в системе координат измерительного пространства станции, при этом используется ЭВМ и соответствующее программное обеспечение.

Измерение осуществляют циклами в два такта. В первом такте излучает один динамик, и определяются описанным выше способом координаты центра первого динамика. Во втором такте излучает второй динамик, и определяются координаты центра второго динамика. Зная расстояние от острия измерительного наконечника до центра ближнего динамика, а также расстояние между центрами динамиков вычисляют координаты острия измерительного наконечника. Полный цикл осуществляется автоматически. Таким образом, определяют координаты любой точки поверхности измеряемого объекта, в которую помещают острие измерительного наконечника, что позволяет измерить параметры бухтиноватости (d1), разностенности (d2) и домиков (d3), а также любого другого профиля поверхности.

Измерительное устройство с указанной совокупностью признаков было создано и успешно испытано на лабораторной базе заявителя. Макетный образец устройства представлен на прилагаемых фотоснимках (фиг.2 и 3). В процессе испытаний была достигнута точность измерения выступов и впадин эталонной ребристой пластины ±0,2 мм с автоматической регистрацией измеренного профиля на экране ЭВМ (ультрабука).

1. Акустический профиломер, содержащий жезл с двумя акустическими излучателями, пусковой кнопкой и наконечником, контактирующим с поверхностью измеряемого объекта, акустический приемник с тремя микрофонами, снабженными формирователями переднего фронта импульса и закрепленными в вершинах жесткого треугольника, а также подключенный к общему интерфейсу и ЭВМ трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор и счетчик измерителя временных интервалов, отличающийся тем, что акустический приемник выполнен в виде равносторонней треугольной антенны, установленной на опорные точки, причем центры двух микрофонов должны быть расположены на оси, перпендикулярной плоскости ее опорных точек, фронтальная поверхность антенны закрыта звукоизолирующим экраном с отверстиями для микрофонов, на поверхности экрана между расположенными на оси микрофонами размещена мишень диаметром порядка 20 мм с перекрестием в центре, а между излучателями, например, электродинамиками установлен лазерный целеуказатель, при этом соблюдаются следующие условия:
L1=L2; h1≈h2, h3≈h4, где
L1 - расстояние между центрами микрофонов, расположенных на оси;
L2 - расстояние между центрами излучателей (электродинамиков);
h1 - расстояние от плоскости опорных точек антенны до центра нижнего микрофона;
h2 - расстояние от контактирующей точки наконечника жезла до центра нижнего излучателя (электродинамика);
h3 - расстояние от плоскости опорных точек антенны до центра мишени;
h4 - расстояние от контактирующей точки наконечника жезла до центра лазерного целеуказателя.

2. Акустический профиломер по п.1, отличающийся тем, что корпус антенны выполнен в виде единой печатной платы, на которой собраны микрофоны, формирователи переднего фронта импульса и электронный блок с разъемом.

3. Акустический профиломер по п.1, отличающийся тем, что в качестве акустических излучателей жезла использованы индуктивные электродинамики с верхним значением частотного диапазона не менее 25 кГц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения параметров угловых вибраций и малых углов поворота шнековых механизмов в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля толщины изделий с помощью ультразвука. Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов состоит в том, что с помощью ультразвукового преобразователя излучают ультразвуковые импульсы, регистрируют момент излучения зондирующего импульса в изделие, регистрируют на уровне выше паразитных шумов преобразователя момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса, определяют временной интервал между этими моментами, а затем вычисляют толщину исходя из этого временного интервала и известной скорости звука в материале изделия, при этом с момента регистрации выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов преобразователя с задержкой на время, равное 0,25…0,5 периода колебаний резонансной частоты преобразователя, регистрируют момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов усилителя, но ниже паразитных шумов преобразователя, определяют временной интервал между моментом излучения зондирующего импульса в изделие и данным моментом и этот временной интервал используют для расчета толщины изделия.

Использование: для определения высоты внутренней выступающей части патрубка вантуза. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение ультразвуковым дефектоскопом толщины стенки трубы и вычисление высоты внутренней выступающей части патрубка вантуза, при этом ультразвуковым дефектоскопом измеряют толщину воротника трубы и толщину стенки патрубка, устанавливают диапазон развертки по образцу, устанавливают пьезоэлектрический преобразователь на контролируемый патрубок вантуза в максимально возможной близости от воротника трубы, перемещают пьезоэлектрический преобразователь по окружности вдоль образующей патрубка вантуза с определением максимального значения координаты от точки выхода ультразвукового луча до края патрубка вантуза.

Изобретение относится к способам и устройствам для определения объема шлама и подшламовых структур в резервуарах с сырой нефтью. Техническим результатом изобретения является повышение точности устройства.

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения высоты (толщины) металлических деталей или их износа. .

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения параметров вибраций в различных отраслях машиностроения. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для дистанционного контроля перемещения объекта измерения. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля угловых многооборотных не реверсивных перемещений объекта. .

Изобретение относится к технике акустических нашлемных систем позиционирования и может быть применено в устройствах, где используются данные о трех координатах положения и трех углах ориентации головы оператора, преимущественно в нашлемных системах целеуказания и индикации летательных аппаратов, в системе управления прожектором вертолета, в авиа- и автотренажерах, в системах виртуальной реальности.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обнаружения взрывных устройств с часовыми замедлителями, людей, попавших под завал, при условии наличия электронного часового устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения параметров радиальных вибраций и при балансировке шнековых механизмов в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений радиальных вибраций шнековых валов. Ультразвуковой фазовый вибропреобразователь, содержит последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, излучающий преобразователь, исследуемый объект, приемный преобразователь, согласующий усилитель, формирователи меандра, фазовый детектор, первый и второй блоки умножения, выходы задающего генератора и согласующего усилителя через формирователи меандров и первый блок умножения соединены с первым входом второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом компаратора, третий вход - с генератором тактовых импульсов, а выход через блок обработки информации соединен с цифроаналоговым преобразователем, к выходу согласующего усилителя подключены последовательно соединенные интегратор, компаратор с тремя входами, источником опорного напряжения с двумя выходами, а выход компаратора соединен с третьим входом второго блока умножения и с последовательно соединенными дифференциатором, инвертором, с первым входом третьего блока умножения и блоком анализа вибросигналов, генератор тактовых импульсов соединен со вторым входом третьего блока умножения, а второй и третий входы компаратора соединены с выходами источника опорных напряжений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ коррекции линейных и угловых координат заключается в том, что на шлеме оператора в реперных точках размещают четыре нашлемных ультразвуковых приемников, а в кабине над шлемом оператора в связанной системе координат кабины - четыре ультразвуковых излучателя. По краям рабочей зоны возможных положений шлема размещают четыре ультразвуковых приемника четырех корректирующих каналов, осуществляют излучение и прием импульсных ультразвуковых сигналов. Измеряют время задержки сигналов от каждого ультразвукового излучателя до каждого нашлемного ультразвукового приемника и до четырех ультразвуковых приемников корректирующих каналов. Определяют направление с учётом данных указанных корректирующих каналов. Технический результат заключается в повышении точности определения координат шлема оператора в условиях вибрации и изменяющихся внешних условиях. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области метрологии. Cпособ предполагает определение оптимальных размеров и формы судовой забойной трубы, трассы её расположения на судне. Размещают трубу между двумя конечными фланцами, соединяют фланцы настроечным шаблоном и измеряют координаты нанесенных на нем контрольных точек электронным устройством. Используют измерительную станцию, содержащую два акустических излучателя, трехмикрофонную приемную антенну, связанную через трехканальный электронный блок с ЭВМ. При этом жезл оснащают лазерным целеуказателем, а микрофоны антенны устанавливают, соблюдая условия прямой видимости между контрольными точками и микрофонами, на стенках и/или оборудовании судового помещения в виде равностороннего треугольника, плоскость которого должна находиться напротив шаблона и на удалении от его ближайшей точки не менее размера стороны упомянутого треугольника. Оси микрофонов должны быть направлены в сторону средней точки стягивающей длины шаблона, а длина сторон треугольника должна быть в пределах 0,5÷0,7 от размера стягивающей длины шаблона. Переставляя измеритель, снимают множество значений, заносят значения в память ЭВМ, строят трассу и конфигурацию трубы, изгибают трубу. Технический результат - упрощение технологии проектирования и монтажа оборудования. 2 н.п. ф-лы , .2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в системах измерения линейного перемещения в заявленном устройстве и способе, реализующем указанное устройство. Сущность изобретения заключается в том, что проводят калибровку, при которой перемещают лазерный излучатель, жестко соединенный с подвижным элементом магнитострикционного преобразователя линейных перемещений. При этом лазерный излучатель проецирует метку на эталонную шкалу, расположенную параллельно магнитострикционному преобразователю линейного перемещения. Положение метки на эталонной шкале регистрируют цифровым микроскопом. После этого рассчитывают расстояние от начала координат эталонной шкалы до центра лазерной метки. Для этого цифровым микроскопом делают не менее 5 снимков (всей шкалы измерения, всей шкалы измерения с меткой в первом положении, участка в районе метки в первом положении, всей шкалы измерения в районе метки во втором положении и участка в районе метки во втором положении). Полученные снимки загружают в персональный компьютер. Далее на эти снимки накладывают цифровые шкалы, после чего производят расчет параметров линейных перемещений. Технический результат - повышение точности измерения линейного перемещения за счет коррекции составляющей погрешности, вызванной аппаратной задержкой. 2 н.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам мониторинга напряженно-деформированного состояния объектов. Датчик содержит устройство на ПАВ, состоящее из корпуса, образованного верхней и нижней крышками с упругими мембранами, жестко соединенными с металлическим штоком, имеющим выступ, контактирующий с прокладкой, расположенной на свободном конце консольно закрепленной с помощью прижимных пластин внутри корпуса платы с резонаторами на ПАВ, электрически связанными с антенной, размещенной над верхней крышкой корпуса. Устройство установлено на трансформатор механических перемещений, выполненный в виде основания с продольным пазом и имеющий две грани, расположенные перпендикулярно основанию трансформатора, в каждой из которых выполнено отверстие до продольного паза основания трансформатора, в которое установлен прижимной механизм. При этом в продольный паз помещен элемент, передающий перемещение, имеющий продольную клинообразную выемку, выполненную на его поверхности в месте контакта со штоком устройства на ПАВ, и возвратный механизм. Прижимной механизм состоит из винтов и прокладок, либо из пружин, винтов и шариков. При этом радиус шариков соответствует радиусу канавок стержня. Технический результат - увеличение пределов измерения перемещений. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх