Устройство для измерения толщины изделия Советский патент 1979 года по МПК G01B17/02 

1

Изобретение относится к области измерения толщины изделий с использованием ультразвуковых колебаний.

Известно устройство для измерения толпдины при одностороннем доступе, содержащее электрический генератор коротких импульсов, средство возбуждения ультразвуковых колебаний (УЗК), пьезоэлектрический излучатель, приемник УЗК, измеритель временного интервала между излученным и принятым ультразвуковыми импульсами и регистратор толщины {.

Недостатком подобного устройства является низкая точность и невозможность контроля тонкостенных изделий, необходимость акустического контакта.

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

Это достигается тем, что средство возбуждения УЗК выполнено в виде твердотельного лазера, установленного на одном из выходов последнего электрооптнческого модулятора, который соединен с выходом электрического генератора, и фотопреобразователя, установленного на другом выходе лазера и соединенного с входом генератора, а приемник УЗК выполнен в виде интерферометра Майкельсона, одним из

плеч которого является электрооптическии модулятор, а роль другого выполняет поверхность контролируемого изделия в процессе измерения.

На фиг. 1 представлен блок - схема устройства; па фиг. 2 - эпюра напряжения на выходе генератора электрических импульсов. Устройство содержит импульсный твердотельный лазер 1, на первом выходе которого установлен электрооптический модулятор 2 света, управляемый генератором 3 электрических импульсов, вход которого подключен к первому фотопреобразователю 4, установленному на втором выходе лазера 1. Электроонтический модулятор 2 через полупрозрачное зеркало 5 оптически связан с опорным зеркалом 6, поверхностью исследуемого изделия 7 и вторым фотопреобразователем 8, выход которого подключен к измерителю 9 временного интервала, который электрически связан с регистратором 10 толщины. Твердотельный лазер 1 излучает стабильпый по амплитуде световой импульс длительностью 10 с и служит для возбуждения короткого акустического импульса в исследуемом изделии и освещении оптической системы в виде измерительного

интерферометра. Электрооптический модулятор 2 выполнен на основе электрооптического кристалла; например КДР, и cjiyжит для модуляции амплитуды светового импульса. Двухлучевой измерительный интерферометр включает в себя полупрозрачное зеркало 5, опорное зеркало 6, поверхность исследуемого изделия 7 и служит для регистрации акустических импульсов в исследуемом изделии 7. Предел чувствительности интерферометра составляет 10 м в полосе частот 1 кГц - 200 МГц.

Измерение толщины производится следующим образом.

Электрооптический модулятор 2 ориентируется таким образом, чтобы в отсутствие на нем напряжение его пропускание было равно нулю. С началом генерации лазера 1 при помощи фотопреобразователя 4 передним фронтом лазерного импульса производится запуск генератора 3 электрических импульсов, который вырабатывает ступенчатый электрический импульс, изображенный на фиг. 2. Амплитуда первой ступеньки этого импульса соответствует максимальному пропусканию модулятора 2 и имеет длительность 10 с, амплитуда второй ступеньки во много раз (в 100-1000 раз) меньше первой и имеет длительность 10 с. Этот импульс поступает на модулятор 2. На выходе модулятора 2 световой импульс имеет ту же форму, длительность и соотношение между амплитудами ступенек, что и электрический импульс. При облучении световым импульсом поверхности исследуемого изделия 7 в последнем возбуждается акустический импульс длительностью, равной длительности первой ступеньки светового импульса (10 с.). Интенсивность второй ступеньки светового импульса служит только для освещения измерительного интерферометра. Одновременно с возбуждением акустического импульса при помощи фотопреобразователя 8 производится запуск измерителя 9 временного интервала передним фронтом лазерного импульса. После отражения ультразвукового импульса от нижней поверхности изделця и прихода его обратнр на выходе фртопреобразователя 8 вырабатывается электрический импульс, соответствующий двойной толщине изделия, который поступает на вход измерителя 9 временного интервала. Данньте о времени двойного прохождения ультразвукового импульса поступают на регистратор 10 толщины изделия, в котором производится вычисление толщины /г по формуле

.y,

где Д/ - время прохождения импульсом

двойной толщины изделия; V - скорость УЗК.

Поскольку лазер позволяет генерировать более короткие импульсы, нежели пьезоэлектрические преобразователи, а возбуждение и прием УЗК, осуи ествляются бесконтактно, устройство позволяет повысить точность измерений и расширить область применения ультразвукового метода контроля толщины.

Формула изобретения

Устройство для измерения толщины изделия при одностороннем доступе, содержащее генератор электрических импульсов, средство возбуждения УЗК и соединенные последовательно приемник УЗК, измеритель временного интервала между излученным и принятым после отражения от донной поверхности импульсами УЗК и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерений и расширения диапазона измеряемых толщин,

средство возбуждения УЗК выполнено в виде твердотельного лазера, установленного на одном из выходов последнего электрооптического модулятора, который соединен с вь1ходом генератора, и фотопреобразоэателя, установленного на другом выходе лазера и соединенного с входом генератора, а приемник УЗК выполнен в виде интерферометра Майкельсона, одним из плеч которого является электрооптический модулятор, а роль другого вьшолняет поверхность контролируемого изделия в процессе измерения.,.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3748895, кл. 73-67. 9, опублик. 1971.

Фиг. 1

LI