Устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки резьбовых соединений Советский патент 1982 года по МПК G01B17/04 G01N29/00 

(54) УСТРОЙСТВО для УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ : УСИЛИЯ ЗАТЯЖКИ - РЕЗЬБОШэ1Х СОЕДИНЕНИЙ

1

Изобретение относится к средствам измерения физических параметркхв теп, в частности к ультразвуковому контропю вепичины напряжения в резьбовых соединениях.

Известно устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки резьбовых соединений, содержащее соединенные последовательно преобразователь, усилитель, демодулятор и блок автомат11ческ й регу- Q лировки усиления, выход которого соединен со вторым входом усилителя l.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что при изп чении про-- |5 дольных колебаний в тонких и длинных болтах возникают несколько типов колебаний с близкими по величине скорост5 ми распространения и с амплитудой одного порядка. Это приводит к тому, .что при 20 определенных условиях может возникнуть резонанс то одного, то другого типа колебаний, что приводит к возникновению значительной погрешности.

Цель изобретения - повышение точности Измерений усилия затяжки резьбовых соединкний путем образования в контролируемом болте непрерывной циркуляции импул1эсов ультразвука.

Поставленная цепь достигается тем, что устройст1во для упьтраз кового контроля усишя затяжки резьбовых соединений, содержащее соединенные последовательно преобразователь, усилитель, демодулятор и блок автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с вторым входом усилителя, снабжено подключёнными к выходу усилителя и соединенными последовательно первым формирователем, пинией задержки, вторым формирователем, частотомером, вычислительным блоком и индикатором, а также генератором, первый вход которого связан с выходом второго формирователя, &ыход - с прео азоватепем и блоком управления, четыре выхода которого связаны соответственно с вторыми вхЪдами генератора, вычислитепьного блока, частотомера и первого формирователя. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит соединенные последовательно преобразователь 1, усилитель 2, демодулятор 3 и блок 4 автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с вторым входом усилителя 2, к выходу которого подключены соединенные последовательно первый формирователь 5, линия 6 задержки, второй формирователь 7, частотомер 8, вычислительный блок 9 и индикатор Ю, генератор 11, первый вход/которого связан с вьтходом второго формирователя 7, выход - с преобразователем 1, и блок 12 управления, четыре выхода которого связаны соответственно с вторыми входами генератора 11, вычислительного блока 9, частотомера 8 и первого формирователя 5 Преобразователь 1 акустически связан с контролируемым изделием 13, например болтом. Устройство рзаботает следующим образом. Блок 12 управления запускает генератор 11, который вырабатывает эпектриче кий зондирующий импульс. Этот импупьс подается на преобразователь 1, где он преобразуется в акустический и посылает ся в контролируемое изделие 13. Отра жаясь от противоположного торца койтролируемого изделия 13, акустический импульс поступает вновь на преобразователь 1, где преобразуется в электрический и подается на усилитель 2. Последний охва чен цепью обратной связи, состоящей из демодулятора 3 и устройства 4 автомати ческой регулировки усиления, служащего для поддержания определенного уровня усиленного отраженного импульса и исклю чения тем самым дополнительных погрешностей измерения. Первый формирователь 5 срабатывает при поступлении на него переднего фронта усиленного отраженного импульса и посылает сформированный импульс на линию 6 задержки. Через время ТАЗ задержки импупьс с выхода линии 6 задержки через второй формирователь 7 подается на генератор 11, который зондирующим электрическим импульсом возбуждает преобразователь 1. Далее процесс повторяется аналогично описанному выше. При этом в системе устройство контролируемое изделие создается непре рывная циркуляция последовательнсюти мпульсов, период которой определяется ременем прохождения акустического имульса в контролируемом изделии 13 и ременем задержки в схеме устройства выражается формулой . период непрерывной циркуляции импульсов, с; время прохождения акустическим импульсом контролируемого болта, с; Время задержки измерительным каналом устройства, с. Период непрерывнойциркуляции импульсов по команде с блока 12 управления измеряется частотомером 8 с высокой точностью по периоду, в частности, импульсов, запускающих генератор 11. Значение измеренного периода заносится в вычислительный блок 9. После окончания измерения периода блок 12 управления перестраивает первый формировате ль 5 на срабатывание от переднего фронта зондирующего импульса. В этом случае в устройстве возникает периодическая поспедоватепьность импульсов с периодом, равным задержке tj осуществляемой в схеме устройства, поскольку из времени f ц исключается время tg, По команде блока 12 управления замеряется время задержки и его значение также заносится в вычислительный блок У, где оно вычитается из значения периода, а разность запоминается. Из формулы (1) следует, что указанная разность равна i g. Далее блок 12 управления вновь перестраивает первый формирователь 5 на срабатывание от переднего фронта отраженного импульса. После занесения значения измеренного периода в вычислительный блок 9 блок 12 управления лерестра-т ивает первый формирователь 5 на срабатывание от переднего фронта зондирующего импульса и частотомером 6 измеряется задержка. Значение задержки заносится в вычислительный блок 9, где оно вычитается из значения измеренного перед этим периода. Затем Вновь измеряется значение периода и снова цикл повторяется. При этом из полученной в каждом цикле разности периода непрерывной циркуляции импульсов и задержки (tg) вычитается значение tg, занесенное в память вычислительного блока 9 в первом цикле, тем самым определяется Д t g (изменение времени прохождет1Я акустическим импупьсом контропируемого иадепия IS) опредепяется по формуле ; .2k Б- У где L. - Длина болта, м; V - скорость распространения продольных ультразвуковых колеб ний, м/с. Если контролируемое издепие 13 не затягивается, то его длина и скорость распространения ультразвуковых колебаний неизменны и во всех циклах значение tp неизменно. В этом случае , вычислении равно нуто. Если же контролируемое изделие 13 будет затягиваться. то под действием возникающих в нем механических напряжений изменяется его длина и скорость V. Эти изменения могут быть определены по формулам Ab.|d(3) (A4(bd), 14V где Д L - удлинение болта, м; Е - модуль Юнга, Па; 6 - напряжение в контролируемом изделии 13, Па; Vy - скорость распространения ультразвуковых колебаний в нагруженном контролируемом изделии 13, м/с; ,(3- акустоупругий коэффициент, 1/Па Поэтому в вычислительном блоке 9 результат вычисления будет отпмчаться от нуля и выразится зависимостью ) 2U ЦгЧ Б Б6 -БО где tc - изменение времени прохождения акустическим импульсом контролируемого изделия 13,с t/gj - время лрохожДения акустическим импульсом затянутого кон ролируемого изделия. 13, с; время прохождения акустическим импульсом ненагруженного контролируемого изделия 13 (результат первого цикла), с. Подставляя в выражение (5) значение скорости и удлинение из (3) и (4) .V. . Определить напряжение 6 в затягиваемом контролируемом изделии 13 по найденному значению д1 с можно двумя путями. В первом случае значение i.tg с вычислительного блока 9 подается на индикатор Ю и значение. О определяют по градуировочным кривым. Во втором случае выражение (6) можно представить в форме уравнения второй степени относительной: 4V(ftM-fef%. Вычислительный блок 9, решая в каждом цикле уравнения (7), выдает на индикатор 1О вычисленное значение напряже- затягиваемом контролируемом изделии 13 в зависимости от &t g . Использование устройства позволит с высокой точностью измерять усилие затяжки резьбовых соединений. Формула изобретения Устройство дня ультразвукового контропя усилия затяжки резьбовых соединений, содержащее соединенные последовательно преобразователь, усилитель, демодулятор и блок автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с вторым входом усихштеля, о т л и ч а ю щ- е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено подключенными к выходу усилителя и соединенными последовательно первым формирователем, пинией задержки, вторым формирователем, частотомером, вычислительным блоком и индикатором, а также генератором, первый вход которого связан с выходом второго формирователя, выход - с преобразователем, и блоком управления, четыре выхода которого связаны соответственно с вторыми входами генератора, вычислительного блока, частотомера и первого формировате.ля. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 4О62227, кл. G, 01 N 29/00, 1977 (прототип).