Устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки резьбовых соединений

Авторы патента:

G01B17/04G01N29 - Измерительные устройства, отличающиеся использованием инфразвуковых, звуковых или ультразвуковых колебаний

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 954820

Союз Советскик

Социалистичесиик

Республик (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено03.03.81 (21) 3254374/18-28 с присоединением заявки № (23) Приоритет

С 01 Э 17/04;

С 01 Й 29/00 аееудератеанай кемитет

CCCP

IIo делам лзабретенкй н еткрмткй

Опубликовано 30.08.82. Бюллетень № 32 (53) УД К531.781..2+620. 179.16 (088. 8 ) Дата опубликования описания 30.08.82 (72) Авторы изобретения

В. М. Сохабеев, В. Г. Саиткупов u E. А. Плак (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

УСИЛИЯ ЗАТЯЖКИ ° РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к средствам измерения физических параметров теп, в частности к ультразвуковому контролю величины напряжения в резьбовых соединениях.

Известно устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки резьбовых соединений, содержащее соединенные последовательно преобразователь., усилитель, демодулятор и блок автоматйческой регу->о лировки усиления, выход которого соединен со вторым входом усилителя (1).Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, об условленная тем, что прн излучении про- 15 дольных колебаний в тонких и длинных болтах возникают несколько типов колебаний с близкими по величине скоростями распространения и с амплитудой одного порядка, Это приводит к тому, .что при 20 определенных условиях может возникнуть резонанс то одного, то другого типа колебаний, что приводит к возникновению значительной погрешности.

Ueruü изобретения вЂ” повышение точности измерений усилия затяжки резьбовых соединкний путем образования в контролируемом болте непрерывной циркуляции импульсов ультразвука.

Поставпенная цепь достигается тем, что устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки реэьбовых соединений, содержашее соединенные последовательно преобразователь, усилитель, демодулятор и блок автоматической регу- лировки усиления, выход которого соединен с вторым входом усилителя, снабжено подключенными к выходу усилителя и соединенными последовательно первым формироватецем, пинией задержки, вторым формирователем, частотомером, вычислительным блоком и индикатором, а также генератором,.первый вход которого связан с выходом второго формирователя, выxoA - с преобраэоватепем и бпоком управления, четыре выхода которого связаны соответственно с вторыми вхЪдамн гене954820 4 импульсов, период которой определяется временем прохождения акустического импульса в контролируемом изделии 13 и временем задержки в схеме устройства и выражается формулой

7 =t pt, ратора, вычислительного блока, частотмера и первого формирователя.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит соединенные последовательно преобразователь 1, усилитель 2, демодулятор 3 и блок 4 автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с вторым входом усилителя 2, к выходу которого подключены >0 соединенные последовательно первый формирователь 5, пиния 6 задержки, второй формирователь 7, частотомер 8, вычислительный блок 9 и индикатор 10, генератор 11, первый вход. которого связан с выходом второго формирователя 7, выход вЂ” с преобразователем 1, и блок 12 управления, четыре выхода которого связаны соответственно с вторыми входами генератора 11, вычислительного блока 9, 20 частотомера 8 и первого формирователя 5.

Преобразователь 1 акустически связан с контролируемым изделием 13, например болтом.

Устройство работает следующим об- 25 разом, Блок 12 управления запускает генератор 11, который вырабатывает электрический зондирующий импульс. Зтот импульс подается на преобразоватепь 1, где он 30 преобразуется в акустический и посыпается в контролируемое изделие 13. Отра жаясь от противоположного торца коитролируемого изделия 13, акустический импульс поступает вновь на преобразователь з

1, где преобразуется в электрический и подается на усилитель 2. Последний охвачен цепью обратной связи, состоящей из демодулятора 3 и устройства 4 автоматической регулировки усиления, служащего дця поддержания определенного уровня . усиленного отраженного импульса и исключения тем самым дополнительных погрешностей измерения. Первый формирователь

5 срабатывает при поступлении на него переднего фронта усиленного отраженного импульса и посыпает сформированный импульс на пинию 6 задержки. Через время

Ti задержки импульс с выхода пинии 6 задержки через второй формирователь 7 подается на генератор 11, который зондирующим электрическим импульсом возбуждает преобразователь 1.,Балее процесс повторяется аналогично описанному выше. 55

При этом в системе устройствоконтролируемое иэделие" создается непрерывная циркуляция последовательности где 7 вЂ” период непрерывной циркуляции импульсов, с; Б вЂ” время прохождения акустическим импульсом контролируемого болта, с; . - время задержки измерительным каналом устройства, с.

Период непрерывной циркуляции импульсов по команде с блока 12 управления измеряется частотомером 8 с высокой точностью по периоду, в частности, импульсов, запускающих генератор 11. Значение измеренного периода заносится в вычислительный блок 9. Поспе окончания измерения периода блок 12 управления перестраивает первый формирователь 5 на срабатывание от переднего фронта зондирующего импульса. B этом случае в устройстве возникает периодическая последовательность импульсов с периодом, равным задержке (g осуществляемой в схеме устройства, поскольку из времени исключается время, По команде блока 12 управления замеряется время задержки и его значение также заносится в вычислительный блок

9, где оно вычитается из значения периода, а разность запоминается. Из формулы (1 ) следует, что указанная разность равна .. ,Бапее блок 12 управления вновь перестраивает первый формирователь 5 на срабатывание от переднего фронта отраженного-импульса. После занесения значения измеренного периода в вычислительный блок 9 блок 12 управления перестраивает первый формирователь 5 на срабатывание от переднего фронта эондируюшего импульса и частотомером Й измеряется задержка. Значение задержки заносится в вычислительный блок 9, где оно вычитается из значения измеренного перед этим периода. Затем вновь измеряется значение периода и снова цикл повторяется. При этом из полученной в каждом цикле разности периода непрерывной циркуляции импульсов и задержки ((>) вычитается значение 4g, занесенное в память вычислительного блока 9 в.первом цикле, тем самым определяется Ь 4 (изменение

Источники информации, I принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 4062227, кл. Q 01 л«29/00, 1977 (прототип).

5 954 времени прохождения акустическим импульсом контролируемого изделия 13)t определяется по формуле «21 у ) 5 где L, - длина болта, м;

V - скорость распространения продольных ультразвуковых колебаний, м/с.

Если контролируемое изделие 13 не 10 затягивается, то его длина и скорость распространения ультразвуковых колебаний неизменны и во всех циклах значение С неизменно. В этом случаеЬ|,, вычислении будет равно нушо. 15

Если же контролируемое иэделие 13 будет затягиваться . то под действием воэникаюших в нем механических напряжений изменяется его длина и скорость

Ч. Эти изменения могут быть определены по формулам

Ь1 -- 1 (a)

Е v (« Й) (4)

rAe Ь - удлинение болта, м;

Е - модуль Юнга, Па;

6 - напряжение в контролируемом иэделии 13, Па;

Vy вЂ” скорость распространения ультразвуковых колебаний в нагруженном контролируемом изделии

13, м/с;

P - акустоупругий коэффициент, 1/ Па;

Поэтому в вычислительном блоке 9 результат вычисления будет отличаться от нуля и выразится зависимостью

2(Lt hL) 2

at ° t, .-t = - вЂ” (5)

Б Ьь ) О Vg V

40 где Ь1 - изменение времени прохождения акустическим импульсом контролируемого иэделия 13, с;

1Б - время прохождения акустическим импульсом затянутого конт.

45 ропируемого изделия. 13, с;

- время прохождения акустичес

ЪО ким импульсом ненагруженного контролируемого изделия 13 (реэультат первого цикла), с.

Подставляя в выражение (5) значение

50 скорости и удлинение из (3) и (4) по(- «ps itd о (6) 820 6

Определить напряжение С> в затягиваемом контролируемом изделии 13 по найденному значению ЬС можно двуМя пуБ тями.

В первом случае значение Ьt> с вычислительного блока 9 подается на индикатор 10 и значение. C определяют по градуировочным кривым.

Во втором случае выражение (6) можно представить в форме уравнения второй степени относительно 6:

Вычислительный блок 9, решая в каждом цикле уравнения (7), выдает на индикатор 10 вычисленное значение напряжения в затягиваемом контролируемом изделии 13 в зависимости от Ь

Использование устройства позволит с высокой точностью измерять усилие затяжки резьбовых соединений.

Формула и э о б р е т е н и я

Устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки резьбовых соединений, содержащее соединенные последовательно преобразователь, усилитель. демо дупятор и блок автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с вторым входом усилитепя, о т л и ч аю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено подключенными к выходу усилителя и соединенными последовательно первым формирователем, линией задержки, вторым формирователем, частотомером, вычислительным блоком и индикатором, а также генератором, первый вход которого связан с выходом второго формирователя, выход - с преобразователем, и блоком управления, четыре выхода которого связаны соответственно с вторыми входами генератора, вычислительного блока, частотомера и первого формирователя.