Многоканальный ультразвуковой дефектоскоп Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

фае. i

316

Изобретение касается неразрушающих средств и методов исследования и кон- троля и может быть использованр в ультразвуковой дефектоскопии.

Цель изобретений повышение до- стоверности контроля изделий за счет многоракурсности сканирования дефектов.

На фиг, 1 изображены блок-схема предлагаемого дефектоскопа; на фиг. 2- блок-схема формирования адресов оперативного запоминающего блока; на фиг. 3 - схема расположения пространственно-разнесенных ультразвуковых антенн; .на фиг. 4 - диаграммы, по- ясняюпще работу дефектоскопа.

Дефектоскоп содержит задающий генератор 1, формирователь 2 адресов оперативного запоминающего блока (ОЗУ), N спусковых схем 3, N генераторов 4 мощных высоко 1астотных им

пульсов, L ультразвуковых излучателей 5, L ультразвуковых приемников б, L коммутаторов,7, аналого-цифровой 25 преобразователь (АЦП) 8, сумматор 9, ОЗУ 10, регистратор 11, выход задающего генератора 1 подключен к входу формирователя 2 адресов ОЗУ, первый выход которого подключен к первому зо входу управления L коммутаторов 7, выходы спусковых схем 3 подключены к входам N генераторов 4 мощных высокочастотных импульсов, выходы которых соединены с соответственными N элементами L ультразвуковых излучателей 5, выходы N элементов L ультразвуковых приемников 6 соединены с соответственными аналоговыми входами L коммутаторов 7, второй вход управ- дд ления L коммутаторов 7 и вход управления N спусковых схем 3 соединены вторым выходом формирователя 2 адре- ны коды Р, Р. сов ОЗУ, выход коммутаторов 7 поступает на аналоговьш вход АЦП 8, выход которого соединен с первым входом сумматора 9, второй вход,сумматора 9 соединен с выходом ОЗУ 10, который соединен также с входом регистратора

19адресов записи-считыв дом формирователя 20 имп счетным входом счетчика записи, первый -выход кото нен с третьим входом комм адресов записи-считывани выход объединен с вторым мента 18 совпадения, пер формирователя 20 импульсо четвертым выходом формиро ресов ОЗУ, а второй выход теля .20 импульсов - пятым формирователя 2 адресов О

Первый выход сканирующ 12 является первым выходо вателя 2 адресов ОЗУ и со входом предустановки счет строк записи и с входом у коммутатора 13 пространст щения, на входах которого

динен с информационными в чика 14 строк записи, вт сканирующего блока 12 со счетным входом счетчика писи, первый выход котор

11, информационньй вход ОЗУ 10 соеди- Q с первым входом счетчика

нен с выходом сумматора 9, вход адреса ОЗУ 10 соединен с третьим вькодом формирователя 2 адресов ОЗУ, вход записи - считывания ОЗУ 10 соединен с четвертым выходом формирователя 2 адресов ОЗУ, вход запуска АЦП 8 соединен с пятым выходом формирователя 2 адресов ОЗУ. Формирователь 2 адресов ОЗУ содержит сканирующий блок 12,

55

гов записи, а второй вых с четвертым входом комму ресов записи-считывания, рого является третьим вы рователя 2 адресов ОЗУ.

Узлы дефектоскопа реал серийной элементной базе регистратора используетс ный монитор.

ны коды Р, Р.

коммутатор 13 пространственного смещения, счетчик 14 строк записи, счетчик 15 элементов записи, счетчик 16 элементов считывания, счетчик 17 строк считывания, элемент 18 совпадения, коммутатор 19 адресов записи - считывания и формирователь 20 импульсов. Вход формирователя 2 адресов ОЗУ является счетным входом счетчика 16 элементов считывания, второй вход которого соединен с первым входом коммутатора 19 адресов записи - считывания, а первый выход соединен с первым входом элемента 18 совпадения и счетным входом счетчика 17 строк считывания, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 19 адресов записи-считывания, выход элемент

18совпадения является вторым выходо формирователя 2 адресов ОЗУ и соединен с входом управления коммутатора

19адресов записи-считывания, с входом формирователя 20 импульсов и со счетным входом счетчика 15 элементов записи, первый -выход которого соединен с третьим входом коммутатора 19 адресов записи-считывания, а второй выход объединен с вторым входом элемента 18 совпадения, первый выход формирователя 20 импульсов является четвертым выходом формирователя 2 адресов ОЗУ, а второй выход формирователя .20 импульсов - пятым выходом формирователя 2 адресов ОЗУ.

Первый выход сканирующего блока 12 является первым выходом формирователя 2 адресов ОЗУ и соединен с входом предустановки счетчика 14 строк записи и с входом управления коммутатора 13 пространственного смещения, на входах которого установлеа выход соены коды Р, Р.

динен с информационными входами счетчика 14 строк записи, второй выход сканирующего блока 12 соединен с счетным входом счетчика 14 строк записи, первый выход которого соединен

с первым входом счетчика

15 элеменс первым входом счетчика

гов записи, а второй выход соединен с четвертым входом коммутатора 19-адресов записи-считывания, выход которого является третьим выходом формирователя 2 адресов ОЗУ.

Узлы дефектоскопа реализованы на серийной элементной базе в качестве регистратора используется телевизионный монитор.

516

Дефектоскоп работает следующим образом.

Запуск и синхронизация дефектоскопа осуществляются задающим генерато- ром 1 и сканирующим блоком 12. Контролируемое изделие 21 приводится во вращение приводным механизмом (не показан). Вначале каждого оборота контролируемого изделия 21 на первом выходе сканирующего блока 12 формируется импульс частотой F, который поступает на вход управления коммутатора 13 пространственного смещения

в результате код Р, , Р и т.д. проходит (в зависимости от номера оборота) на информационные входы счетчика 14 строк записи. Этот же импульс поступает на вход предустановки, а это значит, что отсчет строк записи на первом обороте будет происходить от кода P , на втором обороте - от кода Р, на К-ом обороте - от кода Р,. За каждый оборот контролируемого изделия 21 на втором выходе сканирующего блока 12 формируется А строчных синхроимпульсов с частотой Fj, Сигна с первого выхода сканирующего блока 12 поступает на первый вход управления коммутаторов 7. Указанные коды Р., РЯО..РК установлены на входе коммутатора 13 пространственного смещения и определяют пространственное смещение каждой из К ультразвуковых антенн, относительно первой из них, выбранной за начало отсчета.

Для определения значения кодов

используют формулу

(1)

где А

0,; количество строк контроля за время одного оборота сканирования; центральный угол, определяющий пространственное смещение; i-й антенны относительно первой;

Передний фронт каждого телевизион- ного строчного синхроимпульса с перво го выхода счетчика 16 элементов считы вания через элемент совпадения последовательно производит запуск N СПУСКОВЫХ схем 3, которые последовательно запускают N генераторов 4 мощных высокочастотных импульсов Мощные вы ходные импульсы поступают последовательно на каждый из N элементов К пространственно-разнесенных ультра- с звуковых излучателей 5. Акустический сигнал проходит через контролируемое изделие 21 и принимается соответствующим элементом L ультразвукового при емника 6. L коммутаторов 7 разбиты на

А;

., in К групп по N коммутаторов 7 в каждой, номер строки, против кото- 50 конкретной из К групп

рой установлена i-я антенна;i - изменяется от 1 до К.

Полученное десятичное число А за- 55 писывается в соответствующем двоичном, коде Р;; и устанавливается на входе коммутатора 13 пространственного смещений.

производится импульсом с первого выхода сканирующего блока 12 (в зависимости от количества оборотов кон- тродируемого изделия), который поступает на первый вход L коммутаторов.7. Задний фронт телевизионного строчного синхрогошульса через элемент 18 совпадения поступает на второй вход L

Выход задающего генератора 1 соединен с выходом формирователя 2 адресов ОЗУ, который является счетным 6 входом счетчика 16 элементов считьша- ния. На первом выходе счетчика 16 эле ментов считывания формируется телеви- зионньш строчный синхроимпульс с частотой , который поступает на счетный вход счетчика 17 строк считывания и через элемент 18 совпадения . поступает на вход управления коммутатора 19 адресов записи-считьшания. На втором выходе счетчика 16 элемен5 тов считывания формируются адреса

N элементов ультразвуковых приемников которые поступают на первьй вход коммутатора 19 адресов записи-считывания На выходе сггтчика 17 строк считыва0 ния формируется А строчных адресов, которые поступают на второй вход коммутатора 19 адресов записи-считывания. Во время прямого хода телевизионного строчного синхроимпульса равного tf

5 tm X {.j.,, происходит считывание информа НИИ из ОЗУ 10, при этом на адресные входы ОЗУ 10 через коммутатор 19 адресов записи-считывания проходит код адреса, сформированный на втором выхоQ де счетчика 16 элементов считывания и на выходе счетчика 17 строк считывания. Считываемая информация из ОЗУ 10 выводится на экран регистратора 11.

Передний фронт каждого телевизион- ного строчного синхроимпульса с первого выхода счетчика 16 элементов считы - вания через элемент совпадения последовательно производит запуск N СПУСКОВЫХ схем 3, которые последовательно запускают N генераторов 4 мощных высокочастотных импульсов Мощные выходные импульсы поступают последовательно на каждый из N элементов К пространственно-разнесенных ультра- с звуковых излучателей 5. Акустический сигнал проходит через контролируемое изделие 21 и принимается соответствующим элементом L ультразвукового при емника 6. L коммутаторов 7 разбиты на

35

40

производится импульсом с первого выхода сканирующего блока 12 (в зависимости от количества оборотов кон- тродируемого изделия), который поступает на первый вход L коммутаторов.7. Задний фронт телевизионного строчного синхрогошульса через элемент 18 совпадения поступает на второй вход L

коммутаторов 7 и подключает KOMMI/ TE- тор, соответствующий излучаемому элементу ультразвукового излучателя 5. Например, при излучении первым элементом ультразвукового излучателя на первом обороте контролируемого изделия будет подключен первый коммутатор из первой группы коммутаторов 7. Через коммутаторы 7 сигнал проходит на аналоговый вход АЦП 8, На вход запуска АЩ1 8 с формирователя 20 импульсов поступает импульс запуска, который формируется через время t относительно заднего фронта телевизионного строчного синхроимпульса, которьй поступает на запуск формирователя 20 импульсов. На первый вход сумматора 9 поступает преобразованная А1Щ 8 ин

формация. Через время tg относите ль- но запуска формирователя 20 импульсов формируется импульс записи ОЗУ 10. . Время tj используется для считывания информации, поступающей из ОЗУ 10 на второй вход сумматора 9,

Время t, определяют по формуле

h

V

np-AUjn tnp.x.ccirt ;

(2)

де

h V толщина контролируемого изделия;

скорость распространения ультразвука в материале контролируемого изделия;

время преобразования А1Щ; ..

время прямого хода те- левизионного строчного синхроимпульса равное 50,8 мксек.

На втором выходе сканирующего блоа 12 формируются строчные сканируюпр. АЦП

р.х. сои

с

0

5

0

5

0

вход счетчика элементов записи и на его первом выходе формирует N адресов ультразвуковых приемников 6. Синхронно с формированием N адресов ультразвуковых приемников 6 по переднему фронту телевизионного строчного синхроимпульса происходит срабатывание N генераторов 4 мощных высокочастотных импульсов. Когда на первом выходе счетчика 15 элементов, записи сформируется последний N-й адрес, то на его втором выходе формируется логический О и прохождение -телевизионных строчных синхроимпульсов на за- пус к N генераторов, через элемент 18 совпадения прекращается. Необходимо подчеркнуть, что во время перво го оборота контролируемого изделия 21 прохождение информации по второму входу сумматора 9 блокируется, в результате чего на информационный вход ОЗУ 10 поступает информация с первого входа сумматора 9. С приходом следующего строчного сканирующего синхроимпульса на первом выходе счетчика 14 строк записи снова формируется импульс, который устанавливает первьм выход счет чика 15 элементов записи в нулевое по ложение, а второй выход в положение логической 1, в результате чего дается разрешение на второй вход элемента 18 совпадения.N телевизионных строчных синхроимпульсов через элемент 18 совпадения, спусковые схемы 3 запустят N генераторов и на первом выходе счетчика 15 элементов записи сформируется N адресов с Когда на первом выходе счетчика 15 элементов записи сформируется последний N-й адрес, то на втором выходе устанавливается логический О. За время одного оборота произойдет Д таких циююв (согласно количеству строчных сканиру

Изобретение касается неразрушающего ультразвукового контроля и может быть использовано при контроле изделий с различно ориентированными дефектами. Цель изобретения - повышение достоверности контроля изделий. Контролируемое изделие 21 вращают, формируя при этом строчные синхроимпульсы, управляющие генераторами 4 мощных высокочастотных импульсов, питающих излучатели 5. Излучатели 5 и приемники 6 выполнены в виде разнесенных антенн, состоящих из прилегающих пьезокерамических пластин с различными углами ввода-вывода. За время каждого оборота изделия 21 с приемников 6 через коммутаторы 7 записывается информация в цифровом виде в оперативный запоминающий блок 10. В сумматоре 9 происходит суммирование информации о дефекте, полученной при одном угле ввода-вывода ультразвука при соседних оборотах изделия. Информация от оперативного запоминающего блока 10 выводится на экран регистратора 11, где изображение соответствует развертке изделия. Благодаря многоракурсности обзора дефекта происходит накопление информации о дефекте и записи ее в одну и ту же область памяти запоминающего блока 10. 4 ил.

щие синхроимпульсы, которые поступают д ющих синхроимпульсов).

Значение частоты Fj строчных сканирующих синхроимпульсов на втором

50

на счетный вход счетчика 14 строк записи. На первом выходе счетчика 14 строк записи формируется импульс который устанавливает первый выход счетчика 15 в нулевое положение, а второй выход в положение логической 1, в результате чего дается разрешение по второму входу на элемент 18 совпадения.

Задний фронт телевизионного строчного синхроимпульса, которьй формируется на первом выходе счетчика 16 элементов считывания, через элемент 18 совпадения поступает на счетный

выходе сканирующего блока 12 связано с частотой fсси телевизионного строчного синхроимпульса на первом выходе счетчика 16 элементов считывания фор I 1 . „ 1

тг- N

сси

(3)

Во время обратного хода, равного tjy, телевизионнога строчного синхроимпульса коммутатор 19 записи-считывания пропускает на адресный вход ОЗУ 10 сигнал с первого выхода счет-

выходе сканирующего блока 12 связано с частотой fсси телевизионного строчного синхроимпульса на первом выходе счетчика 16 элементов считывания I 1 . „ 1

тг- N

сси

(3)

Во время обратного хода, равного tjy, телевизионнога строчного синхроимпульса коммутатор 19 записи-считывания пропускает на адресный вход ОЗУ 10 сигнал с первого выхода счет-

ОЗУ 10 будет за- контролируемом строки, состоячика 15 элементов записи, в результате чего с второго выхода счетчика 14 строк записи на вход записи- считыва- ния ОЗУ 10 поступает импульс записи с первого выхода формирователя 20 импульсов.

Таким образом, в писана информация о

изделии вдоль одной строки, состоя- 15 щая из N значений.

За время одного оборота на втором выходе сканирующего блока 12 формируется А строчных сканирующих синхроимпульсов, в результате чего в ОЗУ 10 15 запишется А N информационных слов.

Л

Эта информация представляет ортогра- фическое изображение развертки контролируемого изделия 21 по одной из К пространственно-разнесенных ультра- 20 информация, накопленная по каждому

этой информации по одному и тому же адресу в ОЗУ 10 на первом и вто ром оборотах.

Во время третьего оборота контро лируемого изделия 21 сигнал с перво го-выхода сканирующего устройства 1 подключает третью группу N коммутат ров, что обеспечивает проведение ко троля третьей из ультразвуковых антени. Па информационные входы счетч ка 14 записи строк поступает код Р, Первый строчный сканирующий синхроимпульс со второго вы::ода сканирующ го блока 12 на втором выходе счетчи 14 строк записи сформируется адрес строки.

РЗ -и

В течение времени tj из ОЗУ 10 н второй вход сумматора 9 считывается

звуковых антенн.

Во время второго оборота контроли руемое изделие 21 контролируется второй из пространственно-разнесенных ультразвуковых антенн. С первого выхода сканирующего блока 12 сигнал по ступает на вторую группу из N коммутаторов и на вход управления коммутатором 13 пространственного смещения. На информационные входы счетчика 14 строк записи проходит код 7, Первый строчный скайирукицнй синхроим пульс со второго выхода сканирующего блока 12 на втором выходе .счетчика 14 строк записи сформирует адрес 1 строки. Время tj (фиг. 4) использует ся для считывания информация из ОЗУ 10 на второй вход сумматора 9. Эта информация получена во время первого оборота по каждому из N элементов на Pj-и строке, т.е. данная информация получена по первой из пространственно-разнесенных ультразвуковых антенн Начиная со второго оборота, сумматор 9 суммирует информацию, поступаемую .на первый и на второй входы, и результат записывается в ОЗУ 10,

На.первый вход сумматора 9 поступает информация от N приемно-излуча- ющих элементов второй ультразвуковой антенны, которая контролирует изделие под другим углом ввода-вывода. В случае наличия дефекта на Pj-и строке с координатами (где п - один из элементов) получают суммирование информации о нем, полученной под одним углом ввода-вывода на первом обороте и под другим углом ввода вывода на втором обороте и запись

информация, накопленная по каждому

этой информации по одному и тому же адресу в ОЗУ 10 на первом и втором оборотах.

Во время третьего оборота контролируемого изделия 21 сигнал с первого-выхода сканирующего устройства 12 подключает третью группу N коммутаторов, что обеспечивает проведение контроля третьей из ультразвуковых ан° тени. Па информационные входы счетчика 14 записи строк поступает код Р,. Первый строчный сканирующий синхроимпульс со второго вы::ода сканирующего блока 12 на втором выходе счетчика 14 строк записи сформируется адрес i строки.

РЗ -и

В течение времени tj из ОЗУ 10 на второй вход сумматора 9 считывается

25

из N элементов в течение предьщущих двух оборотов. Па первый вход сумматора 9 поступает информация от N при- емо-излучающих элементов третьей ультразвуковой антенны, которая контролирует изделие 21 под углом ввода-вы вода, отличным от двух предыдущих.

Когда дефект с координатами Р

2П

опадает в зону контроля третьей уль тразвуковой антенны, то на второй вход сумматора 9 поступает информация, накопленная по этому дефекту в течение двух предыдущих оборотов, а на первый вход - информация, полученная от п-го приемо-излучающего элеента третьей ультразвуковой антенны. Результат с выхода сумматора 9 снова запишется в Р адрес ОЗУ 10.

Записанная информация из ОЗУ 10 вьг- выводится во время прямого хода строчного телевизионного синхроимульса на экран регистратора 11. При этом изображение на экране регистратора 11 соответствует развертке контролируемого изделия 21, причем длина телевизионных строк соответствует лине элементной ультразвуковой ан- те}1ны, а 1штрина кадра - ширине раз- вертки контролируемого изделия 21.

55

Таким образом, благодаря многора- курсности обзора дефекта и использования формирователя 2 адресов ОЗУ происходит накопление информации о ; дефекте и запись этой информации в одну и ту же область памяти ОЗУ 10 с

координатами 7, , что существенно по- вьшает достоверность контроля изделия.

ормула из

111606926

обретения

т в в

в-

Многоканальный ультразвуковой дефектоскоп содержащий задающий гене- ратор последовательно соединенные L спусковых схем, N генераторов моиг ных высокочастотных 1шпульсов L ульт- развукрвых излучателей, L ультразвуковых приемников, подключенные соот- ветственно к их выходам L коммутаторов и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности контроля изделий, он снабжен дополнительными N - L спуске- выми схемами, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, информационные входы которого подключены соответственно к выходам коммутаторов, сумматором и оператив ным запоминаюпщм блоком, выход которого связан с вторым входом сумматора и входом регистратора, и формирователем адресов, ультразвуковые излучатели и ультразвуковые приемники выпол нены в виде L/N пространственно-разнесенных антенн, состоящих из N прилегающих одна к другой прямоугольных пьезоэлектрических пластин с L/N различными углами ввода-вьшода, выходы N спусковых схем подключены соответственно к входам N генераторов мощных высокочастотных импульсов, вьпсо- ды которых соединены соответственно с N злементами ультразвуковых язпуча - телей, формирователь адресов выполнен в виде последовательно соединенньс с счетчика элементов считывания, вход которого подключен к выходу задающего генератора, счетчика строк считывания и коммутатора адресов записи-счи1-

12

5

0

тывания, выход которого подключен к входу записи адресов оперативного запоминающего блока, а второй.вход - к второму выходу счетчика элементов считывания, последовательно соединенных элемента совпадения, подключенного первым входом к первому выходу счетчика элементов считывания и выходом - к формирователю импульсов, первый и второй выходы которого связаны соответственно с входом записи-считывания оперативного запоминающего блока и с входом запуска аналого-цифро - вого преобразователя, последовательно соединенньж сканирующего блока, счетчика строк записи и счетчика элементов записи, первый выход которого подключен к третьему входу коммутатора адресов записи-считьтания, а второй выход - к второму входу элемента совпадения, выход которого связан со счетным входом счетчика элементов записи, третьему входу коммутатора адресов записи-считывания и управляющим входам спусковых схем и первым управляющим входам коммутаторов и коммутатора пространственного смещения, выход которого подключен к второму входу счетчика строк записи, второй выход сканирующего блока подключен к входу предустановки счетчика строк записи, вторым управляющим входам коммутаторов и к управля- нядему входу коммутатора пространственного смещения, второй выход счетчика строк записи связан с четвертым входом коммутатора адресов записи- считывания, пятый вход которого подключен к второму выходу счетчика элементов записи.

Фиг.г

Фив.Ъ

Составитель Л. Кондрыкинская Редактор А. Ревин Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Бескид

Заказ 3548

Тираж 508

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное