Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров Советский патент 1989 года по МПК G01B17/02 

1

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов ультразвуковым методом и может быть использовано в машиностроении, авиастроении и других отраслях для измерения толщины материалов и изделий.

Целью изобретения являетчя повышение точности измерений за счет полной компенсации температурной погрешности Измерений при отклонении размеров контролируемых изделий от номинального значения.

На фиг. 1 изображена структурная схема .измерителя; на фиг. 2 - времен ные диаграммы, иллюстрирующие работу измерителя.

Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров (фиг. 1) содержит синхронизатор 1, три приемно-переда- ющих канала, каждьш из которых содержит последовательно соединенные генераторы 2-4 зондирующих импульсов, приемно-передающие преобразователи 5-7, усилители 8-10, селекторы-формирователи 11-13 и измерительные триггеры 14-16, выход триггера 14 соединен с входом генератора 3 зондирующих импульсов и вторым входом из4ibСЮ

00

со

ts9

3

мерительного триггера Т5 ; второго ;приемно передающего канала, последовательно соединенные первую схему |И 17, первый вход которой соединен инверсным выходом изйерительного триггера 15 второго приемно-передаю |щего канала, второй вход - с прям |вькодом измерительного триггера 16 (третьего приемно-передающего канала |схему ИЛИ 18, расширитель 19 време |ных интервалов, вторую схему И 20, третью схему И 21 и реверсивный счетчик 22, четвертую схему И 23, (первый вход которой соединен с прям выходом измерительного триггера 15

второго приемно-передающего канала второй вход - с инверсным выходом |измерительного триггера 16 третьего приемно-передающего канала, третий вход - с третьим входом первой схемы И 17 и с вторым выходом синхронизатора 1, последовательно соединенные Четвертый триггер 24, S-вход которо соединен с выходом первой схемы И М IR-ВХОД - с выходом четвертой схемы И 23, и вторым входом схемы ИЛИ 18 инверсный выход - с вторым входом третьей схемы И 21, л пятую схему И 25, второй вход которой соедине |с выходом второй схемы И 20, выход - |с суммирующим входом реверсивного счетчика 22, генератор 26 счетных пульсов, последовательно соединен- шестую схему И 27, первьй вход которой соединен с вторым входом вто рй схемы И 20, и выходом генератора 126 счетных импульсов, второй счетчик ;28, вход Сброс которого соединен с 1вторыми входами селекторов формирователей 11-13 с вторыми входами измерительных триггеров 14 и 16 и с входами генераторов 2 и 4 первого и третьего приемно -передающих каналов, входом Сброс реверсивного счетчика 22 и первым выходом синхро- иизатора 1, схему 29 сравнения кодов и формирователь 30 управляющего напряжения которого соединен с первым входом генератора 26 счетных импульсов, пятый триггер 31, выход которог

.соединен с вторым входом генератора 26 счетных импульсов , первый вход - с вторым входом шестой схемы И 27 и прямы вьпсодом измерительного триггера 16 третьего измерительного канала, второй вход - с вторым входом формирователя 30 управляющего напряжения и третьим выходом синхронизатора 1,

0

|g 5

5 0 -

0

5

0

5

и последовательно соединенные блок 32 цифровой обработки, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 22 и задатчика 33 кодов, выход которого соединен с вторым входом схемы 29 сравнения кодов. Измеряемое изделие 34 размещено между преобразователями 5 и 6, третий преобразователь 7 установлен на расстоянии от отражателя 35, равном суммарному расстоянию между преобразователями 5 и 6 за вычетом номинального размера изделия 34.

Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы (фиг. 2а), запускающие генератор 3 зондирующих импульсов первого приемо-передающего канала и устанавливающие измерительный триггер 14 в единичное состояние. Импульсы гене- - ратора 2 зондирующих импульсов возбуждают преобразователь 5. Ультразвуковой импульс, излучаемый преобразователем 5, отражается от поверхности контролируемого изделия 34 и поступает на вход усилителя 8, а с его выхода - на вход селектора-формирователя 11, управляемого синхронизатором 1„ Сформированный селекто- . ром-формирователем 11 импульс (фиг. 26) с задержкой относительно импульса синхронизации (фиг. 2а) сбрасывает измерительный триггер 14. По заднему фронту сигнала (фиг. 2в) измерительного триггера 14 устанавливается в единичное состояние измерительный триггер 15 и запускается генератор 3 зондирующих импульсов, который вырабатывает электрический импульс с такими же параметрами, что и генератор 2 зондирующих импульсов первого приемно-передающего канала. Этот импульс возбуждает преобразователь 6. Ультразвуковой импульс, получаемый преобразователем 6, отражается от противоположной поверхности контролируемого изделия 34 и поступает на вход усилителя 9, а с выхода - на вход селектора-формирователя 12, управляемого синхронизатором 1 .

Сформированный селектором-формирователем 12 импульс (фиг. 2г) с задержкой t;j относительно импульса (фиг. 2б), полученного на выходе селектора-формирователя 11 первого

канала, сбрасывает измерительный триггер 15.

Импульс (фиг. 2д) с прямого выхода измерительного триггера 15 поступает на первый вход четвертой схемы И 23, а импульс (фиг. 2е) с инверсного выхода - на первый вход первой схемы И 17.

Одновременно с запуском генератора 2 зондирующих импульсов первого канала синхронизатор 1 запускает генератор 4 зондирующих импульсов третьего канала, который вырабатывает электрическим импульс с такими же параметрами, что и генератор 2. Этот импульс возбуждает преобразователь 7 третьего канала.

Ультразвуковой импульс, излучаемый преобразователем 7, отражается от поверхности отражателя 35, принимается тем же преобразователем 7 и поступает на вход усилителя 10, а с его выхода - на вход селектора-формирователя 13, управляемого синхронизатором 1 .

Сформированный селектором-формиро- вателем 13 импульс (фиг. 2ж) с задержкой t J относительно импульса (фиг. 2а) синхронизатора 1, сбрасывает триггер 16, импульс (фиг. 2з) с прямого выхода которого поступает на второй вход первой схемы И 17, а импульс (фиг. 2и) с инверсного выхода - на второй вход четвертой схемы И 23.

Значение t устанавливается при калибровке измерителя путем изменения расстояния между отражателем 35 и преобразователем 7 третьего канала до получения равенства + t. При этом в качестве контролируемого изделия ЗА должен быть установлен образец с номинальным значением геометрического размера.

Выделение интервала t tj- - (t , + t) при tj (t ,

исходит на первой схеме И 17. На его входы поступают импульс (фиг. 2е) с инверсного выхода измерительного триггера 15, импульс (фиг. 2з) с прямого выхода измерительного триггера 16 и импульс (фиг. 2к), формируемый синхронизатором 1. В резуьта- те на выходе первой схемы И 17 формируется импульс (фиг. 2л) длительностью t tj;-(t,+ t).

Если + , то выделение интервала осуществляется на четвер14673926

той схеме И 23. На ее входы поступает импульс (фиг. 2м) с прямого выхода измерительного триггера 15, импульс (фиг. 2и) с инверсного выхода измерительного триггера 16 и импульс (фиг. 2к),формируемый синхронизатором 1. В результате на выходе четвертой схемы И 23 формируется импульс Q (фиг. 2н) длительностью t()-t3.

В обоих случаях полученный им- ,пульс (фиг. 2л) или (фиг, 2н) через схему ИЛИ 18 поступает на вход расширителя 19 временного интервала, Коэф- 15 фициент расширения устанавливается при калибровке.

С выхода расширителя 19 временного интервала расширенный импульс (фиг. 2о) поступает на первый вход 20 второй схемы И 20, на второй вход которой подаются импульсы (фиг. 2п) с генератора 26 счетных импульсов.

Полученная пачка импульсов (фиг. 2р) поступает на первый вход 25 третьей схемы И 21 и второй вход пятой схемы И 25.

На первый вход пятой схемы И 25 и на второй вход третьей схемы И.21 поступают сигналы с прямого и инверс- 30 ного выходов четвертого триггера 24. Таким образом, при tg (t 7 + t) импульсы (фиг, 2р) с выхода пятой схемы И 25 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 22. При tj (t + t,j) импульсы (фиг. 2р) с выхода третьей схемы И 21 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 22.

Управление четвертым триггером 24 40 осуществляется подачей на его входы сигналов с выхода первой и четвертой схем И 17 и 23.

Полученное в реверсивном счетчике 22 число поступает в блок 32 у цифровой обработки, где происходит его сложение с номинальным значением

+ t,) про- контролируемого размера и индикации полученного значения.

Для устранения погрешности измерения, обусловле 1ной изменением скорости ультразвука в промежуточной жидкости при изменении температуры, импульс (фиг. 2з) с прямого выхода измерительного триггера 16 поступает на второй вход шестой схемы И 27, на второй вход которой поступают импульсы с выхода генератора 26 счетных импульсов. С выхода схемы И 25 пачка импульсов (фиг. 2с) пос35

45

50

55

30

35

45

50

55

tynaeT на вход второго счетчика Й8. Полученное в счетчике 28 число, соответствующее измеренному расстоянию от преобразователя 7 до отражателя 35, поступает на первый вход Схемы 29 сравнения кодов, на второй Ьход которой поступает эталонное |1исло с задатчика 33 кода. При от- |1йчии кода, поступающего с второго рчетчика 28, и кода эталонного |1исла, поступающего с задатчика 33 .|сода, схема 29 сравнения кодов вы- |рабатывает логические сигналы рассог |1асования Больше или Меньше, Которые по импульсам (фиг. 2ф) с (третьего выхода синхронизатора 1 записываются в формирователь 30 Управляющего напряжения. С этого йомента и до прихода импульса фиг. 2а) с первого вькода синхронизатора 1 осуществляется коррекция 1астоты генератора 26 счетных им |1УЛЬСОВ,

i Включение последнего производится iiMnynbcoM (фиг. 2т) с выхода пятого {триггера 31, управление которым осу- |цествляется импульсом (фиг. -2з) с прямого выхода триггера 16 третьего анала и импульсом (фиг. 2ф) синхро- |низатора 1.

г Таким образом, применение автоматической подстройки частоты генера- |тора счетных импульсов в каждом такт (измерений сигналом с УЗ-канала с фик фированной базой прозвучивания повы- шает точность измерений за счет пол ной компенсации температурной погрешности измерений как при номинальном значении размера изделия, так и при отклонении размера изделия от номинального значения, что позволяет уменьшить потери при отбраковке изделий .

Формула изобретения

Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров, содержащий синхронизатор, три приемно-передающих канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные генераторы зондирующих импульсов, приемно- передфющий преобразователь, усилитель, селектор-формирователь и изме- рительный триггер, последовательно соединенные первую схему И, схему ИПИ, расширитель временных интервалов, вторую схему И, третью схему И

Q 5 0

5 О

5

5

0

и реверсивный счетчик, четвертую схему И, последовательно соединенные четвертый триггер и пятую схему И, генератор счетных импульсов и задатчик кодов, выход измерительного триггера приемно-передающего канала соединен с входом генератора зондирующих импульсов и вторым входом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, первый вход первой схемы И соединен с инверсным выходом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, а второй вход - с прямым выходом измерительного триггера третьего приемно-передающего канала, первый выход синхронизатора соединен с входом Сброс реверсивного счетчика, с вторыми входами селекторов- формирователей и с вторыми входами измерительных триггеров и входами генераторов зондирунмцих Импульсов первого и третьего приемно-передающих каналов, первый вход четвертой схемы И соединен с прямым вькодом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, второй вход - с инверсным выходом измерительного триггера третьего приемно-передающего канала, а третий вход - с третьим входом первой схемы И и с вторым выходом синхронизатора, S-вход четвертого триггера соединен с выходом первой схемы И, R-вход - с выходом четвертой схемы И и вторым входом схемы ИЛИ, а кк-п версный выход - с вторым входом третьей схемы И, второй вход пятой схемы И соединен с выходом второй схемы И, выход - с суммирующим входом реверсивного счетчика, а выход генератора счетных импульсов соединен с вторым входом второй схемы И, о т- личающийся тем, что, с целью повьщ1ения точности измерений, он снабжен последовательно соединенньми шестой схемой И, первьй вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов, вторым счетчиком, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, схемой сравнения кодов, второй вход которой соединен с выходом задатчика кодов, и формирователем управляющего напряжения, выход которого соединен с первым входом генератора счетных импульсов, пятым триггером и блоком цифровой обработки, первый вход пятого триггера соединен с вторым входом шестой

схемы И и прямым выходом измеритель-низатора, а выход - с вторым входом

ноге триггера третьего приемно-пере-генератора счетных импульсов, вход

дающего канала, второй вход - с вто-блока цифровой обработки соединен с

рым входом формировётеля управляющего:выходом реверсивного счетчика, а вы- 5

напряжения и третьим выходом синхро

го:выходом реверсивного счетчика, а

- 5

ход - с входом задатчика кодов,

Изобретение относится к нераз- ,рушающему контролю материалов .ультразвуковым методом и может быть использовано в машиностроении для измерения толщины материалов и изделий. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет полной компенсации температурной погрешности измерений при отклонении размеров контролируемых изделий от номинального значения. Работа устройства заключается в формировании временного интервала, равного разности между временем прозвучивания в нале с фиксированной базой прозвучивания и суммарного времени прозвучивания в первом и втором контролируемых УЗ-каналах, его расширении и заполнении счетными импульсами, по числу которых судят о толщине изделия. Дополнительно производится сравнение временного интервала с выхода УЗ канала с фиксированной, базой прозвучивания и заданным кодом номинального размера изделия, уста- навливаемого при. настройке. По результату сравнения автоматически корректируется частота генератора . счетных импульсов. 2 ил. О) с