Устройство для ультразвукового контроля Советский патент 1984 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к ультразву ковому контролю и может быть испольйовано при автоматизированном контро ле проката и аналогичных плоскопараллельных изделий эхо-методом и методом нормальных волн. Известен ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно соединённые синхронизатор, генератор ультразвуковых колебаний, пьезопреоб разователь, усилитель, формирователь импульсов передней грани и блок формирования стробирующих импульсов, формирователь временного интервала между передней и донной гранями изде ЛИЯ, блок задержки, временные селекторы и регистратор СИ. Недостатком данного дефектоскопа является низкая.надежность контроля, обусловленная тем, что при формирова НИИ стробирующих импульсов грубый дефект воспринимается как донный сиг нал . Этот же недостаток обусловлен фор мированием начала строба дефекта по отражению ультразвукового импульса от передней грани изделия. При рабо.те по методу нормальных волн это отражение отсутствует, что вынуждает начало стробазоны контроля фиксировать с большим запасом и приводит к увеличению ближней мертвой зоны. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для ультразвукового контроля содержащее блок управления, генератор калиброванной частоты, последова тельно соединенные синхронизатор, дефектоскоп и пик-детектор, последовательно соединенные первый счетчик, блок памяти, второй и третий счетчики, блок стробирования, четвертый и пятыйсчетчики С21. Недостатком известного устройства является низкая надежность контроля. Обусловленная тем, что процесс настройки блока стробирования и процесс контроля разнесены во времени, в результате отсутствует непрерывное сле жение за изменениями толщины и положения изделия. Поэтому для обеспечения УСТОЙЧИВОСТИ работы устройства необходимо использовать широкий стро донного сигнала и обеспечивать паузу между стробом дефекта и стробом донного сигнала, что приводит к образованию большой неконтролируемой зоны вблизи кромки изделия. Целью изобретения является повышение надежности контроля, Указанная цель достигается тем, что устройство для ультразвукового контроля, содержащее блок управления генератор калиброванной частоты, последовательно соединенные синхррнизатор дефектоскоп и пик-детектор, последовательно соединенные первый счетчик, блок памяти, второй и третий счетчики, блок стробирования,. четвертый и пятый счетчики, снабжено блоком контроля ширины изделия, блок управления выполнен в виде трех триггеров, соответственно соединенных своими первыми входами с выходами последних трех схем совпадений, соединенных своими выходами со счетными входами соответственно второго, первого и четвертого счетчиков, а своими вторыми входами - с генератором калиброванной частоты, и соединенной с первым выходом четвертого счетчика четвертой схемы совпадений, соединенной своим выходом с первым входом первого триггера, синхронизатор соединен с первым входом третьего триггера, второй выход четвертого счетчика соединен с первым входом второго и вторым входом третьего триггеров, блок стробирования выполнен в виде соединенного с выходом третьего счетчика дешифратора, соединенного последним выходом с входами сброса первого, третьего, четвертого, пятого счетчиков и вторыми входами первого и второго триггеров, и соединенной с выходом пятого счетчика пятой схемы совпадений, соединенной с управляющим входом пик-детектора, блок контроля ширины изделия соединен с первым выходом дешифратора, выходами первой и пятой схем совпадений и синхронизатора, выход пик-детектора подключен к управляющему-входу блока памяти, а синхронизатор подключен к третьим входам блока памяти и второго счетчика. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 пример реализации блока контроля ширины изделия; на фиг, 3 - схема контроля полосы нормальными волнами (пьезопреобразователи подключаются к дефектоскопу и излучают зондирующие импульсы навстречу друг другу перпендикулярно оси полосы); на фиг, 4 - эпюры напряжений (а -импульсы на выходе синхронизатора; б - условная диаграмма состояний четвертого счетчика; в - условная диаграмма состояний второго счетчика; г - условная диаграмма состояний первого счетчика; д - условная диаграмма состояний третьего счетчика; е - условная диаграмма состояний пятого счетчика; ж,з,и,к - последовательные стробы зоны дефектов; л - строб донного; м - импульсы на выходе дефектоскопа; н - импульсы на выходе пик-детектора; о - напряжение на пик-детекторе), Устройство содержит блок 1 управ-т ления, генератор 2 калиброванной частоты, последовательно соединенные синхронизатор 3, дефектоскоп 4 и пик-детектор 5, последовательно сое диненные первый счетчик 6, блок 7 памяти, второй 8 и третий 9 счетчики, блок 10 стробирования, четвер- тый 11 и пятый 12 счетчики, блок 13 контроля ширины изделия. Блок 1 управления выполнен в виде трех три геров 14-16 и четырех схем 17-20 совпадений, первые входы трех схем 17-19 совпадений соединены соответственно с выходами триггеров 14-16, вторые входы соединены с генерато- ром 2 калиброванной частоты, а выходы - соответственно со счетными входами счетчиков 8, б и 11, первый вход четвертого счетчика 11, который является его информационным выходом, соединен в паралельном коде с входом четвертой схемы 20 совпаде ний, выход которой подключен к первому входу первого триггера 14, синхронизатор 3 соединен с первым входом третьего триггера 16,-счетный выход четвертого счетчика 11 соединен с первым входом второго триггера 15 и вторым входом третьего триггера 16. Блок 10 стробирования выполнен в виде соединенного с выходом третьего счетчика 9 детиифратора 21, соединенного первым выходом с блоком 13 конт роля ширины, последним выходом с входами сброса первого, третьего, четвертого, пятого счетчиков 6, 9, 11 и 12 и вторыми входами первого и второго триггеров 14 и 15 и соединен ной с выходом пятого счетчика 12 пятой схемы 22 совпадений,соединенной управляющим входом пик-детектора 5 и блоком 13 контроля ширины изделия соединенным также с выходами первой схемы 17 совпадений и синхронизатора 3, Выход пик-детектора 5 подключен к управляющему входу блока 7 памяти, а синхронизатор 3 подключен к третьим входам блока 7 памяти и второго счетчика 8, . Блок 13 контроля ширины изделия содержит схемы 23-25 совпадений, триггер 26 и счетчик 27, Выход схемы 23 совпадений соединен со счетным входом счетчика 27, выходы которого в параллельном коде соединены с входами схемы 25 совпадений, выход которой соединен с первым входом триггера 26, второй вход которого соединен с выходом схемы 24 совпадений, а выход является выходом блока 13. Входы схем 23 и 24 совпадений являются входами блока 13, Входы схемы 23 совпадений соответственно соединены с одним из выходов дешифратора 21 и выходом схемы 17 совпадений первый вход схемы 24 совпадений соединен с выходом схемы 22 совпадений второй вход схемы 24 совпадений, соединенный внутри блока 13 с c6poco вым входом счетчика 27, соединен с выходом синхронизатора 3. В варианте контроля проката нормальными волнами устройство работает следующим образом. Каждый из пьезопреобразователей 28 и 29 при возбуждении посылает импульс ультразвуковых колебаний в направлении дальней по отношению к этому пьезопреобразователю кромки полосы 30. Генератор 2 калиброванной частоты вырабатывает импульсы, частоты которых выбираются так, чтобы обеспечить удобство измерения расстояния подсчетом количества этих импульсов, например 1 импульс на 1 мм в стали. Каждый преобразователь контролирует свою, дальнюю для себя половину ширины полосы. Непосредственно прилегающая к преобразователю часть полосы им не контролируется, начало строба дефекта формируется несколько позже, чем возбуждается излуча тель (фиг. 4 ж). Соответственно двум идентичным каналам контроля система управления стробированием по очереги вырабатывает две серии стробирующих импульсов (на фиг. 4 представлена одна серия, соответствующая одному полутакту) . Второй полутакт аналогичен первому. Пьезопреобразователь посылает в полосу зондирующие импульсы, которые отражаются от дефектов полосы и ее кромки, принимаются, преобразуются в электрические сигналы, усиливаются дефектоскопом 4 (фиг. 4 м) и поступают на пик-детектор 5, Во время действия строба донного, поступающего с выхода схемы 22 совпадений (фиг. 4 л) пик-детектор 5 запоминает наибольшее из принятых с начала действия строба донного значений принятых импульсов (фиг. 4 о), причем для каждого нового значения в момент прохождения максимума импульса вырабатывает импульс (фиг, 4 н), который записывает в блок 7 памяти содержимое счетчика 6. Блок 7 памятидля рассматриваемого случая выполняется двухканальным, каждый из каналов работает на свой полутакт. Блок 7 памяти может выполняться с произвольным количеством каналов, например, при контроле толстых листов продольными волнами количество каналов блока памяти равно удвоенному количеству искателей, так как запоминается расстояние до передней и задней псверхностей изделия для каждого искателя отдельно. В исходном состоянии регистры блока 7 памяти заполнены информацией, записанной в предыдущем такте, счетчики 6,11,9,12 и 27 сброшены, содержимое счетчика 8 произвольно, триггеры 14,15,16 ti 26 находятся в состоянии логического О на выходе, схемы17,18,19 и 23 не пропускают на счетные входы соответствующих счетчиков импульсы генератора 2 калиброванной частоты. Пусковым импульсом синхронизатора 3 формируется зондирующий импульс очередного пьезопреобразователя, и включается блок 1 управления (фиг.4 а), В блоке 1 управления триггер 16 переходит в состояние Ч и схе-ма 19 совпадений пропускает на счетный вход счетчика 11 импульсы генератора 2. Одновременно в счетчик 8 из блока 7 памяти заносится-записанное в предыдущем такте содержимое счетчика 6 для соответствующего канала {фиг. 4 в),

Емкости счетчиков 6 и 8 равны. Счетчик 11 постепенно заполняется (фиг. 4. б) . Когда его содержимое достигнет величины, oпpeдejfяeмoй коммутацией схемы 20 совпадений, т.е. в момент времени Т, (фиг. 4 б,в) срабатывает схема 20 совпадений, переводя триггер 14 в состояние , так что о.ткрывается схема 17 совпадений, которая пропускает на счетный вход счетчика 8 импульсы генератора 2 (фиг. 4 в). При заполнении счетчика 11 импульсом переполнения этого счетчика переводится в состояО

триггер 16, закрывая схение

му 19 совпадений, и счетчик 11 останавливается. Одновременно переходит в состояние триггер 15, открывается схема 18 совпадений, и счетчик б включается в режим счета (фиг. -4 г) . При заполнении счетчика на его выходе появляется счетный импульс, поступающий на счетный вход счетчика 12. Когда содержимое счетчика 12 достигнет значения, соответствующего закоммутированному на входах схемы 22 совпадений числу, на выходе этой схемы появится импульсстроб донного (фиг. 4 л), который подается на выход блока 10. стробирования. Этот же строб донного с выхода схемы 22 совпадений включает в работу пик-детектор 5, разрешая занесение содержимого счетчика б в блок 7 памяти. Аналогично импульсы заполнения счетчика 8 являются счетными импульсами для счетчика 9. По мере заполнения счетчика 9 последовательно на выходах дешифратора 21 появляются строб-импульсы зоны дефектов - первый, второй и т.д. (фиг. 4 ж,в,и,к). Состояния счетчика 6 графически представленына фиг. 4,д, состояния счетчика 8 - на фиг. 4,е. Выходы дешифратора 21 и схемы 22 совпадений являются выходами блока 10 стробирования. Последний выход дешифратора 21 используется для того, чтобы в конце полутакта сбросить все счетчики в исходное состояние, в следующем полутакте процесс повторяется для второго канала. Таким образом, на выходах дешифратора 21 формируются стробы зон.дефектов, на выходе схемы 22 совпадений формируется строб донного, их временное расположение видно из диаграмм фиг, 4, ж,з,и,к,л для случая четырех зон дефектов.

Таким образом, блок 10 стробирования обеспечивает формирование стробов дефектов и строба донного, которые необходимы для анализа сигнала с выхода дефектоскопа 4 и обработки этого сигнала.

Блок 13 контроля ширины воспринимает в свой счетчик в первом полутакте расстояние от первого преобразователя до кромки L,/ во втором полутакте - расстояние от второго преобразователя до кромки Lj , Сумма Lv+L.i с точностью до постоянной величины выражает ширину полосы, В блоке 13 контроля ширина проверяется превысила ли эта сумма заданное значение минусового допуска, если нет, выдается сигнал Полоса узкая .

В данном варианте блок 13 контроля ширины работает следующим образом.

Счетчик 27 блока 13 контроля ширины получает счетные импульсы генератора 2 на свой счетный вход с выхода схемы 17 совпадений через схему 23 при условии, что счетчик 9 пустой (т.е. единица на первом выходе дешифратора 21). Содержимое счетчика 27 анализируется схемой 25 совпадений. В конце второго полутакта стробом донного триггер 26 сбрасывается через схему 24 совпадений

О

в состояние

затем, если содержимое счетчика 27 соответствует коммутации схемы 25 совпадений, триггер 26 возвращается выходным сигналом схемы 25 совпадений в состояние

; если указанного соответст ия нет, на выходе триггера 26 остается О, т.е. сигнал Полоса узкая, являющийся выходным сигналом устройства. В начале первого полутакта сигналом тактового генератора счетчик 27 сбрасывается.

Особенностью работы системы является то, что строб дефекта и строб донного сигнала перекрываются, В пределах строба донного сигнала могут находиться как сигналы от дефектов, так и донный сигнал. Пикдетектор 5 выбирает из них сигнал максимальной амплитуды, который и принимается за донный сигнал. Коммутацией схемы 20 совпадений обеспечивается нужное расстояние конца строба дефекта от донного сигнала. Использование широкого строба Донного

сигнала придает системе стробирования высокую устойчивость при колебаниях толщины изделия, а возможность расположить конец строба дефекта на любом произвольно малом расстоянии от донного сигнала обеспечивает повышение точности стробирования за счет исключения прикромочной мертвой зоны. При этом грубый кромочный дефект, сигнал от которого не превосходит донного сигнала, не-повлияет на работу системы. Этот же эффект, попавший в строб донного, сигнал от которого превосходит сигнал от донного, будет воспринят как донный, однако . блок 13 контроля ширины выдаст сигнал Полоса узкая. При прохождении дефекта система опять будет работать правильно.

Емкости счетчиков б н 8, соответствующие номинальной толщине (ширине) изделия, с помощью ручного эадатчика номинала (не показан) устанавливаются перед, процессом контроля

При контроле плоскопараллельных изделий эхо-методом используется один канал.

Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить надежность при контроле проката и аналогичных изделий за счет уменьшения прикромочной мертвой зоны.

Фиг.З

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРДЗВУг КОВОГО КОНТРОЛЯ, содержащее блок управления, генератор калиброванной частоты, последовательно соединенные синхронизатор, дефектоскоп и пик-детектор, последовательно соединенные первый счетчик, блок памяти, второй и третий счетчики, блок стробирования, четвертый и пятый счетчики, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, оно снабжено блоком контроля ширины изделия, блок управления -выполнен в виде трех триггеров, соответственно соединенных своими первыми входами с выходами последних трех схем совпадений, соединенных своими выходами со счетными входами соответственно второго, первого и четвертого счетчиков, а своими вторыми входами - с генератором калиброванной частоты, и соединенной с первым выходом четвертого счетчика четвертой схемы сов падений, соединенной своим выходом с первым входом первого триггера, синхронизатор соединен с первым входом третьего триггера, второй выход четвертого счетчика соединен с первым входом второго и вторым входом третьего триггеров, блок стробирования выполнен в виде соединенного с выходом третьего счетчика дешифратора, соединенного последним выходом § с входами сброса первого, третьего, четвертого, пятого счетчиков и вто«Л рыми входами первого и второго триггеров, и .соединенной с выходом пятого счетчика пятой схемы совпадений, соединенной с управляющим входом пик-детектора, блок контроля ширины изделия соединен с первым выходом дешифратора, выходами первой и пятой схем совпадений и синхронизатора выход пик-детектора подключен к управляющему входу блока памяти, а синхронизатор подключен к третьим входам блока памяти и второго счетчика. со С1