Устройство контроля трещин в материалах Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

ii.

Г

синааинпумт

лл.

(Л

00

со

00 оо

«а. г

д

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах дефектоскопии, в технике научного эксперимента при автоматическом контроле характера разрушения.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повьшение производительности за счет оптической обработки информации.

На фиг, 1 изображена функциональная блок-схема предлагаемого устрой- CTsaj на фиг.2 - временные диаграм- Mbij поясняющие работу блока формиро- вания -импульсов начала и конца кадра

Устройство содержит телевизионную передающую электронно-лучевую трубку

1с блоком 2 телевизионной развертки объектив 3, оптический фильтр 4, но- ситель 5 изображения трещины, источник 6 света, блок анализа в виде первого (согласующего) усилителя 7, первого порогового элемента 8, узла 9 формирования импульсов начала и кон- ца кадра, состоящего из второго (согласующего) усилителя 10, первого 11

и второго 12 элементов И и первого триггера 13. Блок анализа имеет также третий 14 и четвертый 15 элемен- :ты И, второй триггер 16, гвнератор 117 импульсов, первьп 18 и второй 19 jсчетчики, первый 20 и второй 21 дешифраторы, первую 22 и вторую 23 труппы элементов ИЛИ и группу 24 элементов И.

Вход передающей телевизионной ;трубки 1 подключен к первому выходу яблока 2 телевизионной развертки,объ- йктив, 3, фильтр 4, носитель 5 изоб- ажения трещин и источник 6 света оптически связаны между собой и с йередающей телевизионной электронно- Лучевой трубкой 1, вход первого (cor Гласующего) усилителя 7 подключен к ВЫХОДУ передающей телевизионной элек-г тронно-лучевой трубки 1, а выход соединен с входом порогового элемента 8, вход второго согласующего усилителя 10 подключен к второму выходу блока

2телевизионной развертки, ,а выход соединен с первым входом первого триггера 13 и входами первого 11 и второго 12 элементов И, другой вход перво го элемента И 11 соединен с первым выходом первого триггера 13, а другой вход второго элемента И 12 - с вторым выходом первого триггера 13 и вторым входом этого триггера, выход первого

элемента И 11 подключен к первому, входу второго триггера 16, выход второго элемента И - к второму входу второго триггера 16 и к вторым входам первого 18 и второго 19 счетчиков, входы третьего 14 и четвертого 15 элементов И подключены к выходу порогового элемента 8, другие входы третьего 14 и четвертого 15 элементов И - к первому выходу второго триггера 16, второй выход которого не задействован, на третий вход третьего элемента И 14 подключен выход генератора 17 импульсов. Выход четвертого элемента И 15 подключен на первый вход первого счётчика 18, выход третьего элемента И 14 подключен на первый вход второго счетчика 19, выход первого счетчика 18 соединен с входом первого дешифратора 20, а выход второго счетчика 19 подключен к входу второго дешифратора 21, вы-, ход первого дешифратора 20 соединен с входом первой группы 22 элементов ИЛИ, выход второго дешифратора 21 - с входом второй группы 23 элементов ИЛИ, выходы первой 22 и второй 23 групп элементов ИЛИ подключены на вход группы 24 элементов И, выход которой является выходом устройства.

Второй (согласующий) усилитель 10 может быть выполнен в виде двух каскадов: эмиттерного повторителя и усилителя-инвертора, первый триггер 13 в виде триггера со счетным входом, а первый 11 и второй 12 элементы И - в виде двух вентилей каждый.

Устройство работает следующим образом (фиг.1).

Свет от источника 6 последовательно проходит через носитель 5 изображения трещины, представляющий собой негативную фотограмму трещины, и далее через оптический фильтр 4, имеющий прозрачные участки в виде отрезков линий фиксированной длины, случайно расположенных на непрозрачном фоне, и проецируется с помощью объектива 3 на экран передающей телевизионной трубки 1. Таким образом, на экран проецируется дискретное изображение трещины, промодулированное случайным фильтром 4, в виде ярких точек, соответствующих участкам трещины, пересекаемым линиями фильтра. С помощью блока телевизионной развертки осуществляется обычное последова-- тельное построчное сканирование мише-

ни кадр за кадром. При этом видеоте - пульсы, соответствующие ярким точкам проецируемым на экран передающей телевизионной трубки 1, через первый согласующий усилитель 7 и пороговый элемент 8 поступают в блок анализа.

Анализ осуществляется путем подсчета видеоимпульсов в течение длительности одного кадра развертки с помощью первого счетчика 18, на сигнальном входе которого подключен четвертый 15 логический элемент И, другой вход которого соединен с вторым триггером 16, выдающим разрешение на счет лишь в течение длительности кадра. Информация, накопленная первым счетчиком 18, соответствует количеству видеоимпульсов К, (связанному с итенсивностью ярких точек на экране) и отражает суммарную длину (периметр трещины.

Видеоимпульсы с выхода порогового элемента 8 поступают также на вход третьего элемента И 14, на другой вход которого поступают импульсы высокой частоты, формируемые генератором 17 импульсов, на третий вход элемента И 14 поступает разрешающий сигнал от второго триггера 16, действующий в течение длительности кадра развертки. Через элемент И 14 на сигнальный вход счетчика 19 поступают высокочастотные импульсы-наполнители лишь в течение длительности видеоим

пульсов, счетчик 19 в итоге осуществляет подсчет импульсов-наполнителей количество которых К пропорционально суммарной длительности видеоимпульсов. Таким образом, информационное содержание счетчика 19 отражает суммарную длительность видеоимпульсов, зависящую от общей площади трещины. Поскольку применяемьм измерениям даже при контроле одного изображения присущ статистический разброс, близкие по значениям выходы первого 20 и второго 21 дешифраторов, через которые снимается информация первого 18 и второго 19 счетчиков, объединяются с помощью первой 22 и второй 23 групп элементов ИЛИ. Тем .самым осуществляется формирование числовых интервалов, задающих точностной допуск измеряемых величин К и К, служащих критериями контроля. Выходы первой 22 и второй 23 групп элементов ИЛИ подключены на вход группы 24 элементов И. При одновременном попадании значений длины и площади трещины в эталонную критическую зону на выходе группы 24 элементов И, являющемся выходом устройства, появляется сигнал, информирующий о дефекте.

Обработка информации должна осуществляться строго в пределах кадра, для задания временных границ которого в устройство введен узел 9 формирования импульсов начала и конца кадра. Последний вырабатывает сигнал начала и конца кадра на основе кадровых синхроимпульсов 5 поступающих с второго выхода блока 2 телевизионной развертки. Второй (согласующий) усилитель 10 содержит, например, эмит

терный повторитель (выполненный на транзисторе), исключающий влияние узла 2 на работу узла кадровой развертки блока 2, и усилитель-инвертор (выполненный на транзисторе).

На фиг.. 2 показаны: а - кадровые синхроимпульсы; б - временные диаграммы состояний первого выхода первого триггера 13j в - временные диаграммы состояний второго выхода этого триггера , гид- импульсы начала и конца кадра соответственно.

Первый кадровый синхроимпульс устанавливает первый триггер 13 (со счетным входом) в единичное состояние и блокировка с первого элемента И 11 снимается. В результате этот первый кадровый синхроимпульс проходит через первый логический элемент И 1t и появляется на его выходе в качестве импульса начала кадра. Последний устанавливает второй триггер 16 (с раздельным входом) в единичное состояние. Это снимает блокировку с четвертого логического элемента И 15 и видеоимпульсы с выхода порогового элемента 8 поступают на вход первого счетчика 18, где по каждому поступившему видеосигналу происходит з величе- ние содержимого счетчика 18 на еди ницу. Таким образом осуществляются счет видеоимпульсов и, в ко-нечном итоге, измерение дл1-шы трещины. Поступление единичного уровня с выхода торого триггера 16 подготавливает снятие блокировки с третьего элемента И 14. При поступлении на другой го вход видеоимпульса блокировка нимается, и по каждому поступившеу от генератора 17 импульсов высоочастотному импульсу-наполнителю содержимое второго счетчика 19 уве

личивается на единицу. По окончании видеоимпульса занесение единиц в счечик не происходит и счет возобновляется лишь при новом поступлении видеоимпульсов с выхода порогового элемента 8. Таким образом, формируемое йторьм счетчиком 19 число пропорционально суммарной длительности видео- 13мпульсов, отражающей площадь трещины.

При поступлении второго кадрового Синхроимпульса первый триггер 16 ус- - -анавливается в нулевое состояние. Вследствие этого первый логический : лемент И 11 блокируется, а со второ ifo логического элемента И 12 блоки- снимается., В результате этот 4торой кадровый, синхроимпульс прохо- Дит второй логический элемент И 12 4 появляется на его выходе в качест- е импульса; конца кадра. По этому Сигналу второй триггер 16 сбрасьша- ётся в нулевое состояние. При этом :0, поступающий с его первого вы- на входы третьего 14 и четвертого 15 элементов И, блокирует первый 18 и второй 19 счетчики. По им- Нульсу конца кадра осуществляется Йеревод счетчиков в исходное нулевое йостояние. После поступления очеред- Його кадрового синхроимпульса весь и|икл работы устройства возобновля-. е(тся.

; Введенньп в устройство фильтр 4 (фиг.1) помимо сжатия оптической ин- фЬрмации должен обеспечить также инвариантность преобразования оптической информации по отношению к повороту и переносу изображения. Это т ребование вытекает из того, что тре щина может появиться в любой точке поля изображения и направление ее распространения произвольно. Поэтому введенный в устройство оптический фильтр, с целью достижения инвариантности измерения длины и ширины трещины по отношению к ее положению и ориентации, выполняется по определенным правилам.

Прямые линии на фильтре 4 задаются случайными, распределенными по равномерному закону нормальными координатами (г, q ). Нормальные коор- динаты прямой (г,(.р) - это полярные координаты точки пересечения прямой с; перпендикуляром, опущенным на нее из начала координат. Уравнение прямой в таких координатах имеет вид

X созЧ . У sintp

-г

-г

+ .

5

0

5

0

5

0

5

0

Технология изготовления оптических фильтров следующая.

С помощью .ЭВМ, имеющей графический дисплей, программным путем строят отрезки прямых линий, нормальные координаты которых распределены по случайному равномерному закону, и выводят их изображение на графический дисплей. Негатив фотографий, полученный с дисплея, используется как оптический фильтр. Возможно и ручное построение фильтра. Вычерчиваются отрезки линий, три нормальные координаты которых Tf-if и а - расстояния от. начала отрезка до указанной точки пересечения перпендикуляра с линией распределены по случайному равномерному закону и выбираются по таблицам случайных чисел или формируются с помощью соответствующих датчиков случайных чисел. Полученный чертеж фотографируется и негатив используется в качестве фильтра. Длина 1 и толщина d отрезков подбираются эмпирически, исходя из характера трещинообра- зования в материале. Толщина отрезка, линии должна быть достаточной для создания надежной яркостной отметки (и соответственно видеоимпульса) при пересечении самого тонкого участка трещины, подлежащего регистрации.Оптимальная длина отрезка линии выбирается из условия, чтобы проекция отрезка линии на экран телевизионной трубки 1 составляла 20-50% от диаметра ее экрана.

Пример. Пусть для контроля предъявлено изображение трещины,имеющей суммарную длину (периметр) П и площадь S, при этом в результате анализа изображения в первый счетчик заносится число К, а во второй - Kj.

Вероятность пересечения данной трещины с линиями фильтра

2 R + ZTRl

где R - радиус передающей телевизионной трубки.

55 Ас учетом конечной толщины эта вероятность равна

Р 21Г So + 2 1 Пс, 2 21Т R2 + Zir R 1

Несмещенными оценками этих вероятностей являются Р, для первой

Ко

вероятности к ТР -- для второй.

К

Дисперсия оценок равна соответстР (ЬР.) „ Р(). и , где

число линий фильтра.

венно

К Формула изобретения

Устройство контроля трещин в материалах, содержащее оптически связанные источник света, объектив, носитель изображения трещины и передающую телевизионнзто электронно-лучевую трубку с блоком телевизионной развертки, блок анализа, пороговый элемент, первый (согласующий) усилитель вход которого подключен к выходу передающей телевизионной электроннолучевой трубки, а выход соединен с входом порогового элемента, связанного с блоком анализа, отличаю щ е е.с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повьшения производительности, оно снабжено оптическим фильтром, установленным между объективом и носителем изображения трещины, блок анализа выполнен в виде второго усилителя, первого, второго, третьего и четвертого элементов И, генератора импульсов, первого и второго триггеров, первого и второго счетчиков, первого и второго дешифраторов, первой и второй групп элементов ИЛИ, группы элементов И, вход второго усилителя подключен к второму выходу блока телевизионной развертки, а выход соединен с первым

0

5

0

входом первого триггера и с входами первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом первого триггера, а второй вход второго элемента И соединен с вторыми выходом и входом первого триггера, выход второго элемента И подключен к первому входу второго триггера, выход второго элемента И подключен к второму входу второго триггера и к вторым входам первого и второго счетчиков, первые входы третьего и четвертого элементов И подключены к выходу порогового элемента, вторые их входы подключены к первому выходу второго триггера, третий вход третьего элемента И подключен к выходу генератора импульсов, выход четвертого элемента И подключен к первому входу первого счетчика, выход третьего элемента И подключен к первому входу второго счетчика, выход первого счетчика соеди- 5 нен с входом первого дешифратора, выход второго счетчика соединен с .входом второго дешифратора, выход первого дешифратора подключен к входу первой группы .элементов ИЖ, выход второго дешифратора подключен к входу второй группы элементов ИЛИ, выходы первой и второй групп элёмен- тов ИЛИ подключены к входам группы элементов И, выход которой является выходом устройства, второй усилитель, первый и второй элементы И и второй триггер представляют собой узел формирования импульсов начала и конца кадра, оптический фильтр выполнен в виде прозрачных отрезков линий фиксированной длины, случайно расположенных на непрозрачном фоне.

0

5

0

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение производитель- .ности за счет оптической обработки информации. Устройство содержит оптический фильтр 4 со случайно расположенными на нем прозрачными отрезками линий фиксированной длины. Передающая электронно-лучевая трубка 1 фиксирует дискретные сигналы различной длительности, получаемые при наложении негативного изображения трещины и линий фильтра 4. В счетчике 18 фиксируется длина, а в счет-, чике 19 - площадь трещины. 2 ил.