Устройство для измерения толщины изделия

 

(i i) 665209

ОП И САНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советски«

Социалистических

: Республик

К .АВТЬРСКОМУ СВИДЕ %ЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.03.76 (21) 2337024/25-28 (51) M. Кл.з

С 01В 17/02 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.05.79. Бюллетень № 20 (53) УДК 620.179.16 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.05.79. (72) Авторы изобретения

А. Н. Бондаренко, Ю. И. Болотин и С. В. Круглов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

ИЗДЕЛ ИЯ

Изобретение относится к области измерения толщины изделий с использованием ультразвуковых колебаний.

Известно устройство для измерения толщины при одностороннем доступе, содер- 5 жащее электрический генератор коротких импульсов, средство возбуждения ультразвуковых колебаний (УЗК), пьезоэлектрический излучатель, приемник УЗК, измеритель временного интервала между излученным и принятым ультразвуковыми импульсами и регистратор толщины tlj

Недостатком подобного устройства является низкая точность и невозможность контроля тонкостенных изделий, необходи- 15 мость акустического контакта.

Цель изобретения — повышение точности измерений, расширение диапазона измеряемых толщин и обеспечение бесконтактности измерений. 20

Это достигается тем, что средство возбуждения УЗК выполнено в виде твердотельного лазера, установленного на одном из выходов последнего электрооптического модулятора, который соединен с выходом электрического генератора, и фотопреобразователя, установленного на другом выходе лазера и соединенного с входом генератора, а приемник УЗК выполнен в виде интерферометра Майкельсона, одним из 30 плеч которого является электрооптический модулятор, а роль другого выполняет поверхность контролируемого изделия в процессе измерения.

На фиг. 1 представлен блок — схема устройства; на фиг. 2 — эпюра напряжения на выходе генератора электрических импульсов.

Устройство содержит импульсный твердотельный лазер 1, на первом выходе которого установлен электрооптический модулятор 2 света, управляемый генератором

3 электрических импульсов, вход которого подключен к первому фотопреобразователю 4, установленному на втором выходе лазера 1. Электрооптический модулятор 2 через полупрозрачное зеркало 5 оптически связан с опорным зеркалом 6, поверхностью исследуемого изделия 7 и вторым фотопреобразователем 8, выход которого подключен к измерителю 9 временного интервала, который электрически связан с регистратором 10 толщины.

Твердотельный лазер 1 излучает стабильный по амплитуде световой импульс длительностью 10 с и служит для возбуждения короткого акустического импульса в исследуемом изделии и освещении оптической системы в виде измерительного интерферометра. Электрооптический моду665209 лятор 2 выполнен на основе электрооптического кристалла; например КДР, и служит для модуляции амплитуды светового импульса. Двухлучевой измерительный интерферометр включает в себя полупрозрачное зеркало 5, опорное зеркало 6, поверхность исследуемого изделия 7 и служит для регистрации акустических импульсов в исследуемом изделии 7. Предел чувствительности интерферометра составляет 10 м в полосе частот 1 кГц — 200 МГц.

Измерение толщины производится следующим образом.

Электрооптический модулятор 2 ориентируется таким образом, чтобы в отсутствие на нем напряжения его пропускание было равно нулю. С началом генерации лазера

1 при помощи фотопреобразователя 4 передним фронтом лазерного импульса производится запуск генератора 3 электрических импульсов, который вырабатывает ступенчатый электрический импульс, изображенный на фиг. 2. Амплитуда первой ступеньки этого импульса соответствует максимальному пропусканию модулятора 2 и имеет длительность 10 8 с, амплитуда второй ступеньки во много раз (в 100 †10 раз) меньше первой и имеет длительность

10 с. Этот импульс поступает на модулятор 2. На выходе модулятора 2 световой импульс имеет ту же форму, длительность и соотношение между амплитудами ступенек, что и электрический импульс, При облучении световым импульсом поверхности исследуемого изделия 7 в последнем возбуждается акустический импульс длительностью, равной длительности первои ступеньки светового импульса (10 с.). Интенсивность второй ступеньки светового импульса служит только для освещения измерительного интерферометра. Одновременно с возбуждением акустического импульса при помощи фотопреобразователя 8 производится запуск измерителя 9 временного интервала передним фронтом лазерного импульса. После отражения ультразвукового импульса от нижней поверхности изделия и прихода его обратно на выходе фотопреобразователя 8 вырабатываетея электрический импульс, соответствующий двойной толщине изделия, который поступает на вход измерителя 9 временного интервала. Данные о времени двойного прохождения ультразвукового импульса поступают на регистратор 10 толщины изделия, в котором производится вычисление толщины h по формуле

h= — Ы V, 2

1р где Af — время прохождения импульсом двойной толщины изделия;

V — скорость УЗ К.

Поскольку лазер позволяет генерировать более короткие импульсы, нежели пьезо15 электрические преобразователи, а возбуждение и прием УЗК осуществляются бесконтактно, устройство позволяет повысить точность измерений и расширить область применения ультразвукового метода конт2р роля толщины.

Формула изобретения

Устройство для измерения толщины из25 делия при одностороннем доступе, содержащее генератор электрических импульсов, средство возбуждения УЗК и соединенные последовательно приемник УЗК, измеритель временного интервала между избр лученным и принятым после отражения от донной поверхности импульсами УЗК и регистратор, отл и ч а ю щее с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона измеряемых толщин, з5 средство возбуждения УЗК выполнено в виде твердотельного лазера, установленного на одном из выходов последнего электрооптического модулятора, который соединен с выходом генератора, и фотопреобра4р зователя, установленного на другом выходе лазера и соединенного с входом генератора, а приемник УЗК выполнен в виде интерферометра Майкельсона, одним из плеч которого является электрооптический модуля45 тор, а роль другого выполняет поверхность контролируемого изделия в процессе измерения.,, Ж, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5р 1. Патент США № 3748895, кл, 73 — 67, 9, опублик. 1971.

665209 т иг.г

Редактор Т. Морозова

Заказ 839/13 Изд. № 326 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Н. Азаров

Техред А. Камышникова

Корректоры: А. Галахова и E. Угроватова