Устройство для контроля качества изделий Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

(Л

с

Изобретение относится к технике неразрушающих испытаний изделий ультразвуковым методом, основанным на регистрации ультразвуковых резонансных колебаний и сигналов акустической эмиссии. Целью изобретения является повышение достоверности контроля качества за счет исключения смешения информационных сигналов акустической эмиссии и ультразвуковых резонансных колебаний. Принцип работы устройства основан «а сравнении сигналов эмиссии и резонансных колебаний на эталонном и контролируемом изделиях при поочередном возбуждении в них колебаний в каждом из диапазонов качающейся частоты и выводе результатов Сравнения на блок индикации. Диапазоны частот выбирают близкими к информационным. 4 ил.

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям изделий ультразвуковым методом, основанным на регистрации ультразвуковых резонансных колебаний (УРК) и сигналов акустической эмиссии (A3).

Известно устройство для контроля качества изделий, содержащее последовательно соединенные генератор, пьезоизлучатель и пьезоприемник, перестраиваемый по частоте узкополосный усилитель и блок обработки и регистрации параметров УРК.

Недостатком данного устройства является низкое качество контроля вследствие того, что в нем регистрация сигналов УРК и АЭ происходит без их разделения по амплитудам или постоянным времени нарастания сигналов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство

для контроля качества изделий, содержащее последовательно соединенные генератор качающейся частоты, возбудитель и приемник механических колебаний, усилитель, пиковый детектор и индикатор ультразвуковых резонансных колебаний, а также преобразователь частота-напряжение, вход которого соединен с выходом генератора качающейся частоты, а выход - с усилителем. Устройство снабжено также последовательно соединенными формирователем опорного напряжения, вход которого соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, интегратором с переменными параметрами, аналоговым вычитателем и регистратором акустической эмиссии, второй вход которого соединен с выходом генератора качающейся частоты, а вторые входы интегратора и аналогового вычитателя соединены с выходом детектора.

V| XI

М VI ГО 00

Недостатком данного устройства является низкая достоверность контроля качества, вызываемая необходимостью изменения качающейся частоты возбуждения в широком диапазоне, что приводит к смешению сигналов АЭ и УРК и невозможности идентификации дефектов по регистрируемым сигналам АЭ. Данное устройство не позволяет производить контроль качества изделий различных типономиналов, т.к. настраивается на регистрацию сигналов определенной крутизны, соответствующих изделиям со строго определенными качествами.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля качества.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля качества изделий, содержащее генератор качающейся частоты, первые излучатель и приемник механических колебаний, последовательно соединенные усилитель и пиковые детектор и блок индикации, снабжено последовательно соединенными п-кзнальным генератором дополнительных частот, п-канальным коммутатором, интегральным перемножителем, фильтром и первым двухканальным коммутатором, вторыми излучателем и приемником механических колебаний, вторым двухканальным коммутатором, двумя блоками выборки-хранения, блоком формирования ограничений, инвертором, компаратором и блоком управления, причем второй вход интегрального перемножителя соединен с выходом генератора качающейся частоты, первый и второй выходы первого двухканального коммутатора соединены соответственно с первым и вторым возбудителями механических колебаний, выходы первого и второго приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго двух- канальвого коммутатора, выход которого соединен с информационными входами первого и второго блоков выборки-хранения через последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор, выход первого блока выборки-хранения соединен с блоком формирования ограничений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами ком- паратора, выход второго блока выборки-хранения соединен с третьим входом компаратора, выход которого соединен с блоком индикации, первый выход блока управления подключен к управляющему входу генератора качающейся частоты, второй выход - ко входу сброса пикового детектора, третий выход - к управляющим входам

двухканальных коммутаторов, к управляющему входу второго блока выборки-хранения и через инвертор к управляющему входу первого блока выборки-хранения, а четвертый выход - к управляющему входу п-ка- нального коммутатора.

При контроле качества серийных изделий, как правило, известны ультразвуковые резонансные частоты (УРК) небракованных

0 изделий, частоты акустической эмиссии (АС) бракованных изделий, а также амплитуды этих сигналов, которые могут существенно отличаться от средних значений в различных партиях одних и тех же изделий. Поэто5 му представляется целесообразным при проверке параметров качества контролируемых изделий сравнивать их с эталонным изделием, взятым из контролируемой партии.

0 За эталонное применяется изделие, прошедшее предварительные испытания его качества различными способами, в частности, визуальный контроль, контроль электрических параметров, виброконтроль

5 идр.(1).

Введение n-канального генератора дополнительных частот и n-каналного коммутатора совместно с генератором качающейся частоты, интегральным пере0 множителем и фильтром позволило производить контроль изделий только на п частотах, называемых информационными, вблизи которых могут наблюдаться сигналы УРК и АЭ. позволяющие сделать вывод о

5 качестве изделий и исключить из рассмотрения диапазон частот, не несущих полезной информации. Диапазон качания частоты вблизи n-й информационной частоты задается генератором качающейся частоты.

0 Введение первого и второго двухканальных коммутаторов, первого возбудителя и приемника механических колебаний, пикового детектора, первого устройства выборки-хранения, а также блока формирова5 ния ограничений и двухуровневого компаратора обеспечило возможность оперативной настройки устройства на эталонное изделие с заданной степенью достоверности соответствия контролируе0 мого и эталонного изделий. При этом, в общем случае, в качестве эталонного может быть использовано изделие любого класса, прошедшее предварительные испытания известными методами-(1), вследствие чего

5 характеристика его качества заранее определена.

В различных партиях изделий, вследствие действия разнообразных технологических факторов, амплитуды сигналов АЭ и УРК у контролируемых и эталонного издеV

лий с одинаковым качеством могут несколько отличаться. Поэтому сравнение эталонного и контролируемого спектров сигналов в диапазоне частот, близком к одной из информационных, производится с некоторым допуском на возможное отклонение амплитуд сигналов АЭ и УРК от эталонных, что повышает достоверность контроля и позволяет контролировать изделия различных типономиналов с разными дефектами, так как не требует предварительной настройки на каждую партию изделий.

Достижение цели в данном устройстве происходит за счет сравнения сигналов УРК и АЭ на эталонном и контролируемом изделиях при поочередном возбуждении в них механических колебаний в каждом из п диапазонов качающейся частоты и выводе результатов сравнения с помощью блока индикации.

На фиг. 1-3 приведены функциональная схема устройства, блока управления и блока индикации соответственно; на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на выходах блоков устройства.

Устройство для контроля качества изделий содержит генератор 1 качающейся частоты, последовательно соединенные n-канальный генератор 2 дополнительных частот, n-канальный коммутатор 3, интегральный перемножитель 4, выполненный на микросхеме 525ПС2, и фильтр 5, а также первые излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний, усилитель 8, пиковый де- текторЭ, компаратор 10. блок 11 индикации, блок 12 управления.

Устройство также содержит первый 13 и второй 14 двухканальный коммутаторы, вторые излучатель 15 и приемник 16 механических колебаний, первый 17 и второй 18 блоки выборки-хранения, выполненные на микросхемах КР1100СК2, блок 19 формирования ограничений, изготовленный на основе суммирующих усилителей типа К544УД2А, и инвертор 20.

Второй вход интегрального перемножителя 4 соединен с выходом генератора 2 качающейся частоты, выход фильтра 5 соединен с информационным входом первого 13 двухканального коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым б и вторым 15 излучателями механических колебаний, выходы первого 7 и второго 16 приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго 14 двухканального коммутатора, выход которого соединен с информационными входами первого 17 и второго

18 блоков выборки/хранения через усилитель 8 и пиковый детектор 9, выход первого 17 блока выборки-хранения соединен с блоком 19 формирования ограничений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора 10, выход второго 18 блока выборки/хранения соединен с третьим входом компаратора 10. выход которого соеди0 нен с блоком 11 индикации.

Блок 12 управления (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор 23 тактовых импульсов и счетчик 24. Первый и второй выходы генератора 23 являются од5 повременно одноименными выходами блока 12 управления, причем второй выход генератора 23 соединен со входом счетчика 24, первый выход которого является третьим выходом блока 12 управления, а второй

0 - четвертым выходом последнего.

Первый выход блока 12 управления соединен со входом генератора 1 качающейся частоты, второй выход - со входом сброса пикового детектора 9, третий выход - с уп5 равляющими входами первого 13 и второго 14 двухканальных компараторов, второго 18 блока выборки-хранения, а также через инвертор 20 с первым 17 блоком выборки-хранения, четвертый выход - с управляющими

0 входами n-канального коммутатора 3 и блока 11 индикации.

Первые излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний жестко соединены с эталонным изделием 21, а вторые излуча5 тель 15 и приемник 16 механических колебаний жестко соединены с испытуемым изделием 22. В качестве возбудителей 6. 15 и приемников 7,16 механических колебаний использованы пьезоэлектрические датчики.

0Блоки 11 индикации (фиг.З) включает в

себя последовательно соединенные дешифратор 25, n-канзльный блок 26 триггеров и световое табло 27, служащее для визуального контроля сигналов, поступающих из ком5 паратора 10. Каждый еветодиод светового табло 27 является индикатором прохождения сигналов УРК или АЭ с требуемыми параметрами амплитуды и частоты по каждому из n-частотных каналов. Четвертый выход

0 блока 12 управления соединен с управляющим входом дешифратора 25 и входом сброса блока 26 триггеров.

Устройство работает следующим образом.

5 Излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний жестко соединяют с эталонным изделием 21, в качестве которого могут быть использованы как бракованные, так и небракованные образцы. Так как принцип действия устройства не зависит от того, бракованное или годное изделие выбрано в качестве эталонного, е дальнейшем будем подразумевать под эталонным небракованное изделие.

Вторые излучатель 15 и приемник 16 механических колебаний жестко соединяют с контролируемым изделием 22. На первом выходе генератора 23 тактовых импульсов блока 12 управления (первом выходе блока 12) формируется пилообраз- ное напряжение для управления генератором 1 качающейся частоты. На втором выходе генератора 23 вырабатываются прямоугольные импульсы (фигАа) с частотой, равной частоте пилообразного напряжения, поступающие на выход 2 блока 12 для инициализации сброса пикового детектора 9 и на счетный вход счетчика 24. На первом выходе последнего (третьем выходе блока 12) формируются импульсы (фиг.4,6) управ- ления двухкэнальными электронными коммутаторами 13 и Т4, а также блоками выборки-хранения 17 и 18, а на втором выходе (четвертом выходе блока 12) формируется m-разрядный двоичный код (2т п) управления электронным коммутатором 3 и дешифратором 25 блока 11 индикации (на фиг. 4,в представлен младший разряд т- разрядного двоичного кода управления).

С генератора 1 качающейся частоты на первый вход интегрального перемножителя 4 поступает синусоидальный сигнал качающейся частоты (фиг.4,г). Качание частоты происходит в диапазоне ±Дткач, относительно опорной частоты f0. Ширина диапа- зона Дткач определяется изменением амплитуды пилообразного напряжения на входе генератора 1.

На выход каждого из п каналов генератора 2 дополнительных частот подается си- нусоидальный сигнал с частотой тд(фиг.4,д), разность которой с опорной частотой f0 генератора качающейся частоты равна одной из п информационных частот fni (фиг.4,е), т.е. частот, вблизи которых наблюдаются АЭ или УРК. Эти сигналы через п-канальный электронный коммутатор 3, управляемый т- разрядным кодом с блока 12 управления, поступают на второй вход интегрального перемножителя 4. Напряжение на выходе интегрального перемножителя равно

ивых 2kUiUKa4 2kUo{sin(2jr tfgi) sin 2Л t(f0 ±Дт-кач)},

а частота выходного сигнала определится из выражения

sin(2tttfgj .(fo ± Д ткач)

. rf(f0 - fo ± Afк ) ОБ 27rt(fg, + fo ± ДГк

где k - коэффициент, зависящий от параметров схемы включения перемножителя (5),

Ui UoSin27rtfgi - напряжение на первом выходе интегрального перемножителя 4;

икач U0 sin2,r t(f0 ± Дткач)- напряжение на втором входе интегрального перемножителя 4;

t - время.

Сигнал с выхода перемножителя 4, частота которого равна сумме частоты генератора 1 качающейся частоты и одной из частот генератора 2 дополнительных частот fo ± Д ficaM + foi. промодулированный разностью этих частот f0 ± Д 1«ач - foi, поступает на фильтр 5, где высокочастотная составляющая колебаний.фильтруется и сигнал на выходе фильтра 5 имеет частоты f5ebtx fui ± Д ткач, близкую к одной из информацией ных частот fni (фиг.4,е).

Например, если на входы интегрального перемножителя 4 поступают сигнал с частотой f0 ± Д f«a4 генератора 1 качающейся частоты, равной 300+5 кГц и сигнал одной из п дополнительных частот fot. равное 275 кГц, то на выходе перемножителя 4 будет сигнал с частотой 575+5кГц, промодулиро- ванный частотой 25+5 кГц. В фильтре 5 происходит выделение информационной частоты fui, равной 25+5 кГц.

Синусоидальный сигнал, частота которого близка к одной из п информационных частот, с выхода фильтра 5 поступает на информационный вход первого 13 двухка- нального электронного коммутатора, который под действием импульсов (фит.4,6) с выхода 3 блока 12 управления поочередно подключает эти сигналы к двум цепям: возбудитель 6 - эталонное изделие 21 - приемник 7 и возбудитель 15 - контролируемое изделие 22 - приемник 16 (соответственно фиг.4,ж и фиг Аз).

Сигналы с выхода первого 15 и второго 16 приемников механических колебаний поочередно поступают соответственно на пер- вый и второй информационные входы второго 14 двухканального электронного коммутатора, управляемого синхронно с первым 13 двухкэнальным электронным коммутатором импульсами (фмг.4,6) с выхода 3 блока 12 управления, обеспечивая прохождение сигналов с приемников 7 и 16 последовательно через усилитель 8 (фиг.4,и) и пиковый детектор 9 (фиг.4,к). Пиковый детектор 9 фиксирует максимальную амплитуду сигнала в диапазоне ±Д fKa4 относительно информационной частоты fui по каждому из п частотных каналов.

Для обеспечения последующего сравнения двух сигналов, разделенных во времени, амплитудные значения напряжения с пикового детектора 9 Uumi и Uumi поступают на информационные входы первого 17 и второго 18 блоков выборки/хранения с эталонного и контролируемого изделий соответственно. Запись информации в блоки 17 и 18 происходит под управлением импульсов с выхода 3 блока управления, причем на управляющий вход блока 17 эти импульсы подаются через инвертор, обеспечивающий разделение во времени процесса записи в блоки 17 и 18.

Уровень максимальной амплитуды Uumi3 или Umi эталонного 21 и контролируемого 22 изделий фиксируется в блоках 17, 18 последовательно по каждому из п частотных каналов (фиг.4,л и 4,м).

Сигналы с выхода первого 17 блока выборки/хранения, снятые с эталонного 20 изделия, поступают на вход блока Т9 формирования ограничений. В этом блоке формируются уровни напряжения ±AUm относительно сигнала Uumi3, задающие допустимое несоответствие по амплитуде спектров сигналов эталонного и контролируемого изделий. На первый выход блока 19 формирования ограничений подается сигнал Uumi3 Д Um, а на ВТОрОЙ Uumi3 - A Urn

(фиг.4.н).

Сигналы с первого и второго выхода блока 19 поступают соответственно на первый и второй входы двухуровневого компаратора 10 и определяют соответственно верхний и нижний пороги его срабатывания (фиг.4,о).

С выхода второго блока 18 выборки/хранения напряжение, соответствующее максимальным амплитудам сигнала Uumi на i-й информационной частоте для контролируемого изделия 22, поступает на третий вход компаратора 10. Если величина этого напряжения больше Uumi3 + AUm или меньше Uumi3 - AUmi, компаратор срабатывает и формирует на выходе строб (фиг.4,п). Этот сигнал поступает на вход дешифратора 25 блока 11 индикации, который, в соответствии с управляющим кодом с блока 12 управления, выставляет на одном изя выходов уровень напряжения, равный входному. При положительном перепаде напряжения на 1-м выходе дешифратора 1-й триггер п- канального блока 26 триггеров устанавливается в состояние логической 1, что обуславливает свечение соответствующего светодиодного индикатора на световом табло 27, фиксируя последовательно по каждому из п-частотных каналов несоответствие уровней сигналов АЭ или УРК в эталонном

и контролируемом изделиях при заданном диапазоне ограничений.

Управление переключением первого 13 и второго 14 электронных коммутаторов и сбросом сигнала на информационных входах первого 17 и второго 18 блоков хранения-выборки осуществляется блоком управления 12 за счет изменения младшего разряда кода управления (фиг.4,6 и 4бв).

0 Использование предлагаемого устройства для контроля качества изделий по сравнению с прототипом позволяет повысить достоверность контроля качества и расширить класс контролируемых изделий.

5

Формула изобретения Устройство для контроля качества изделий, содержащее генератор качающейся частоты, первые излучатель и приемник

0 механических колебаний, последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено последовательно сое5 динёнными n-канальным генератором дополнительных частот, n-канальным коммутатором, интегральным перемножителем, фильтром и первым двухканальным коммутатором, вторыми излучателями и

0 приемником механических колебаний, вторым двухканальным коммутатором, первым и вторым блоками выборки-хранения, блоком формирования ограничений, инвертором, компаратором и блоком управления,

5 второй вход интегрального перемножителя соединен с выходом генератора качающейся частоты, первый и второй выходы первого двухканального коммутатора соединены соответственно с первым и вторым излучате0 лями механических колебаний, выходы первого и второго приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго двухканального коммутатора,

5 выход которого соединен с информационными входами первого и второго блоков выборки-хранения через последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор, выход первого блока выборки-хранения

0 соединен с блоком формирования ограничений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, выход второго блока выборки-хранения соединен с третьим вхо5 дом компаратора, выход которого соединен с блоком индикации, первый выход блока управления подключен к управляющему входу генератора качающейся частоты, второй выход - к входу сброса пикового детектора, третий выход-к управляющим входам

первого и второго двухканальных коммута- равляющему входу первого блока выборки- торов к управляющему входу второго блока хранения, а четвертый выход - к управляю- выборки-хранения и через инвертор - к уп- щему входу n-канаяьного коммутатора.

Фиг.}

Фие.2

i

J