Ультразвуковой цифровой толщиномер Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано в ультразвуковой (УЗ) толщи- нометрии.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, раздельно-совмещенный (PC) преобразователь, усилитель и пороговое устройство, последовательно соединенные формирователь временных интервалов, аналого-цифровой преобразователь .(АЦП) и цифровой индикатор, а также генератор импульсов задержки, вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход - с вторым входом формирователя временных интервалов.

Недостатком этого устройства является недостаточная точность измерения толщины, обусловленная наличием ошибки от нестабильности длительности импульса задержки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является УЗ-толщиномер, содержащий последовательно соединенные

sj

Jb Оч

го ю ел

синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и УЗ-преобразователь, последовательно соединенные усилитель, пороговое устройство и формирователь временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход соединен с входом блока АЦП, блок управления и цифровой индикатор.

Недостатком известного устройства является невозможность измерять толщины менее 1,5 мм, измерять толщины изделий с большой кривизной поверхности, что обусловлено конструкцией УЗ-преобраэовате- ля.

Кроме того, используемый безэталонный способ измерения, реализованный в известном устройстве, дает большую погрешность при измерении толщины стенок изделий из анизатропных материалов, так как скорость УЗ-волн различна в зависимости от направления распространения ультразвука.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых толщин.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и УЗ-преобразователь, последовательно соединенные усилитель, пороговое устройство и формирователь временного интервала, при этом вход усилителя соединен с выходом УЗ-преобразователя, второй вход формирователя временного интервала соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход формирователя временного интервала соединен с входом АЦП, блок управления и цифровой индикатор, дополнительно снабжено пусковым устройством, а также последовательно соединенными устройством ввода, коммутатором, запоминающим устройством и арифметическим устройством, причем выход блока АЦП соединен с вторым входом коммутатора, выход арифметического устройства соединен с входом цифрового индикатора и с третьим входом коммутатора, выход пускового устройства соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с вторым входом запоминающего устройства, третий выход блока управления соединен со вторым входом арифметического устройства.

На чертеже представлена блок-схема УЗ цифрового толщиномера.

УЗ цифровой толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, УЗ-преобразователь 3, усилитель 4, пороговое устройство 5, формирователь 6 временного интервала, АЦП 7, коммутатор 8,

запоминающее устройство 9, арифметическое устройство 10, цифровой индикатор 11, а также устройство 12 ввода, пусковое устройство 13 и блок 14 управления, причем выход генератора 2 зондирующих импуль

0 сов соединен также с вторым входом формирователя 6 временных интервалов, выход устройства 12 ввода соединен с другим входом коммутатора 8, выход арифметического устройства 10 соединен также с треть5 им входом коммутатора 8, выход пускового устройства 13 соединен с входом блока 14 управления, первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора 8, второй выход- с вторым входом запомина0 ющего устройства 9, третий выход - с вторым входом арифметического устройства 10, четвертый выход-с вторым входом цифрового индикатора 11,

УЗ цифровой толщиномер работает сле5 дующим образом.

Импульсы с выхода синхронизатора 1 запускают генератор 2 зондирующих импульсов. Зондирующие импульсы поступают на излучающую часть УЗ-преобразователя

0 3 и преобразуются в УЗ-импульсы. Эти импульсы излучаются в изделие, отражаются от его противоположной поверхности, и поступают на приемную пьезопластину УЗ- преобразователя 3, где преобразуются в

5 электрические импульсы. Одновременно с этим зондирующие импульсы запускают формирователь 6 временного интервала. Электрические импульсы с выхода преобразователя 3 усиливаются с помощью усилите0 ля 4 и подаются на пороговое устройство 5. Импульсы с выхода порогового устройства 5 возвращают формирователь 6 временного интервала в исходное состояние, в результате чего на его выходе получают измери5 тельные импульсы длительность которых равна сумме t to+ti, где t0 - время прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразователя 3, ti - время прохождения УЗ-импульсов через изделие.

0 Затем измерительные импульсы длительностью t преобразуются в АЦП 7 в число импульсов, которое состоит из суммы N0+Ni. где число импульсов N0 и NI пропорциональны временам t0 и ti соответственно.

5 АЦП 7 может быть выполнен в виде преобразователя время-код с регистром памяти. Определение величины измеряемо толщины S по известному количеству счетных импульсов производится автоматически согласно выражения

s.-S-ь.

где а - масштаб измерения, определяющий сколько счетных импульсов приходится на единицу толщины;

b - величина задержки начала отсчета толщины, которая пропорциональна времени to прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразователя.

Определение значений коэффициентов а и b производят в процессе калибровки УЗ-толщиномера по двум калибровочным образцам с известными толщинами Si и 52, причем . Для этого производят следующие операции. Переключают блок 14 управления в режим калибровка. В устройство 12 ввода, представляющее собой клавиатуру с шифратором и регистром памяти, заносят значение толщины Si, приводят в действие, например, с помощью кнопки пусковое устройство 13, которое может быть выполнено в виде генератора тактовых импульсов со счетчиком, Код сформированный счетчиком поступает в блок 14 управления, представляющий собой постоянно программируемое запоминающее устройство (ППЗУ) с дешифратором и переключателем рода работ Калибровка и Измерение, ППЗУ хранит алгоритм работы толщиномера в этих режимах. Блок 14 управления выдает разрешающий сигнал на коммутатор 8 и сигнал записи на запоминающее устройство (ЗУ) 9. Затем в устройство 12 ввода заносят значение S2 и как в первом случае производят запись S2 в ЗУ 9. После этого устанавливают преобразователь 3 на калибровочный образец толщиной Si. На выходе АЦП 7 появляется код NL Включают пусковое.устройство 13 и известным способом производят запись значения NI в ЗУ 9.

Затем устанавливают преобразователь 3 на калибровочный образец с толщиной $2. На выходе АЦП 7 появляется код числа N2. При включении пускового устройства 13 его выходные сигналы иницируют работу блока 14 управления и его ППЗУ выдает управляющие сигналы на коммутатор 8 и ЗУ 9. N2 записывается ЗУ 9. После этого блок 14 управления выдает серию управляющих импульсов на коммутатор 8, ЗУ 9, арифметическое устройство 10, которое производит вычисление коэффициентов а и b по формулам

Ni-N2Ni s

3 Si-S2 b -a 51 и заносят их в ЗУ 9. В качестве арифметического устройства 10 может быть использован микропроцессор.

После этого блок 14 управления переключают в режим Измерение путем подключения области ППЗУ с соответствующей программой.

Для измерения толщины изделия ставят преобразователь 3 на изделие. В результате этого на выходе АЦП 7 появляется код числа N, пропорционального толщине изделия. При включении пускового устройства 13 его выходные сигналы иницируют работу блока 14 управления и он выдает управляющие сигналы на коммутатор 8, ЗУ 9, арифметическое устройство 10 и цифровой индикатор 11 в результате чего происходит вычисление

толщины по формуле S Ь. Результат

д

заносится в цифровой индикатор 11.

Предлагаемый УЗ цифровой толщиномер позволит повысить точность измерения толщины и расширить диапазон измеряемых толщин.

Повышение точности измерения происходит по следующей причине. При измерении толщины стенок изделия с помощью преобразователя из временного интервала t между зондирующим импульсом и эхо сигналом вычитают интервал времени to. равный времени прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы преобразователя. Полученный интервал времени п пропорционален толщине изделия. В известном устройстве временной интервал формируют с помощью генератора импульсов задержки. Нестабильность длительности импульсов такого генератора при изменении температуры окружающего воздуха от 0 до 40°С составляет примерно 1%. Изменение длительности импульса to на величину ,01to вызывает такое же уменьшение интервала ti, так как интервал времени t от температуры практически не изменяется. При высоте призмы преобразователя, которые обычно изготавливаются из оргстекла, равной 10 мм, величина интервала ttf равна 8 мкс. В этом случае ,01. ,08 мкс. Уменьшение ti на 0,08 мкс при измерении толщины стенки изделия, изготовленного из алюминия и равной 1 мм, приводит к погрешности измерения, равной 27%. В предлагаемом толщиномере генератор импульсов задержки отсутствует. Следовательно, отсутствует и погрешность им вызываемая. Предлагаемый толщиномер позволяет упростить процесс калибровки, что особенно важно при разработке автоматизированных систем измерения толщины стенок изделий.

По сравнению с известным устройством предлагаемый толщиномер позволяет измерять меньшие толщины стенок начиная с

0.4-0.5 мм при радиусе кривизны выпуклой поверхности 2 мм и более, а также при радиусе кривизны вогнутой поверхности не менее 5 мм.

Формула изобретения Ультразвуковой цифровой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и ультразвуковой преобразователь, последовательно соединенные усилитель, пороговое устройство и формирователь временного интервала, второй вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход соединен с входом блока АЦП, блок управления и цифровой индикатор, отличающийся тем, что, с

5

целью повышения точности измерений и расширения диапазона измеряемых толщин, он снабжен пусковым устройством, а также последовательно соединенными устройством ввода, коммутатором, запоминающим и арифметическим устройствами, выход блока АЦП соединен с вторым входом коммутатора, выход арифметического устройства - с входом цифрового индикатора и с третьим входом коммутатора, выход пускового устройства - с входом блока управления, первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управления соединен со входом запоминающего устройства, а третий выход блока управления - с вторым входом арифметического устройства.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в машиностроении при ультразвуковой толщинометрии. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых тол щи А. Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, PC-преобразователь, усилитель, пороговое устройство, формирователь временного интервала, АЦП, запоминающее устройство, арифметическое устройство, устройство входа, пусковое устройство, блок управления и цифровой индикатор. Определение величины измеряемой толщины S по известному количеству счетных импульсов производится автоматически согласно выражению; S N/a-b, где а - масштаб измерения, определяющий сколько счетных импульсов приходится на единицу толщины; b - величина задержки начала отсчета толщины, которая пропорциональна времени to прохождения УЗ-импульсов через кон- тактные призмы УЗ-преобразователя. Значения коэффициентов а и b определяют при калибровке толщиномера согласно выражениям: a(Ni-N2)/(Si-S2). ,, где Si и S2 значения толщин калибровочных образцов; N и N2 - число счетных импульсов, пропорциональных толщинам Si и S2 соответственно. 1 ил.