Способ измерения толщины изделий с плоскими поверхностями

СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 15)5 6 01 В 17/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 934221, кл. 6 01 В 17/02, 1980.Патент США М 4470307,кл. 6 01 1 ч 29/04, 1984.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ИЗДЕЛИЙ С ПЛОСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ (57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является расширение области применения и повышение гочности измерения толщины иэделий с непараллельными поверхностями за счет выбора оптимального рабочего угла между плоскостью пьезоИзобретение относится к акустическим методам определения геометрических параметров изделий и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) толщинометрии изделий с плоскими поверхностями, в особенности изделий с непараллельными поверхностями,Цель изобретения - расширение области применения и повышение точности измерения толщины изделий с непараллельными поверхностями за счет выбора оптимального рабочего угла между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью изделия.На фиг. 1 схематично представлена схе-. ма реализации способа измерения толщины изделий с плоскими поверхностями; на фиг. 2 - зависимость относительчого значения амплитуды А отраженных иэделием с Ж 1587335 А 1 пластины и донной поверхностью изделия.После установки пьезопластины в иммерсионной жидкости над поверхностью изделия с плоскими непараллельными поверхностями осуществляют наклон пьезопластины в плоскости непараллельности поверхностей изделия. В ходе наклона излучают пьезопластиной импульсы ультразвуковых (УЗ) колебаний, принимают отраженные изделием эхо-сигналы и измеряют их амплитуды. Определяют угловые положения пьезопластины, в которых максимальны амплитуды первого и второго донных эхо-сигналов, и фиксируют пьеэопластину в промежуточном положении относительно вышеупомянутых. В зафиксированном рабочем положении измеряют временной интервал между первыми и З вторым донными эхосигналами и с его помощью определяют толщину изделия. 3 ил,углом клиновидности 1 эхо-сигналов от угла а между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью иэделия (пунктирная линия - амплитуда отраженных плоскостью ввода эхо-сигналов, деленная пополам: сплошная линия - амплитуда однократно отраженных донной плоскостью эхо-сигналов; штриховая линия - амплитуда двукратно отраженных донной плоскостью эхо-сигналов); на фиг. 3 - зависимость абсолютной погрешности измерения толщины иэделия от угла а (сплошная линия - измерения на образце толщиной 4,976 мм и углом клиновидности 63; пунктирная линия -1,измерения на образце толщиной 2,009 мм и углом клиновидности 119 ),1При реализации способа измерения толщины изделий с плоскими поверхностями иэделие 1 располагают в иммерсионнойжидкости 2 и устанавливают над ним плоскую пьеэопластину 3, Ближняя к пьезопластине 3 плоскость 4 изделия 1 являетсяповерхностью ввода, а дальняя от пьеэопластины 3 плоскость 5 изделия 1 - донной 5поверхностью,Способ измерения толщины изделий сплоскими поверхностями заключается вследующем,Над изделием устанавливают плоскую 10пьезопластину и излучают ею импульсы УЗколебаний. Отраженные изделием зхо-сигналы принимают пьезопластиной и измеряют их параметры. В ходе излучения-приемаизменяют угол а между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью изделияПри изменении угла. а в плоскостинепараллельности изделия определяют углы а 1 и а 2, при которых максимальна амплитуда однгократно и двукратно 20отраженных донной поверхностью эхо-сигналов соответственно. Определяют рабочеезначение угла ао иэ условия а 2 й) а 1,Измеряют толщину изделия по параметрампринять 1 х эхо-сигналов при угле а о, 25 Способ измерения толщины изделий с плоскими поверхностями реализуется следующим образом.После установки пьезопластины 3, ра ботающей в совмещенном режиме, в иммерсионной жидкости 2 над поверхностью 4 ввода .иэделия 1 осуществляют наклон пьезопластины 3 в плоскости с неизменным сечением изделия 1 до достижения макси мального значения амплитуды эхо-сигнала, отраженного поверхностью 4 ввода, и фиксируют угловое положение пьезопластины .3 в этой плоскости, Затем осуществляют наклон пьезопластины 3 в плоскости непа.- 40 раллельности поверхностей 4 и 5 изделия, т.е. в плоскости фиг. 1, Наклон осуществляют путем перемещения центра пьезопластины 3 по дуге (представлена на фиг, 1 штриховой линией) с неизменным расстоя нием между центром пьезопластины 3 и точкой ввода УЗ колебаний в иэделие. В ходе наклона пьеэопластины 3 излучают импульсы УЗ колебаний, принимают отраженные изделием эхо-сигналы и измеряют амплиту. 50 ду принятых эхо-сигналов. На фиг. 2 приведены экспериментально полученные зависимости относительной амплитуды А отраженных зхо-импульсов от угла а между плоскостью пьезопластины 3 и донной по верхностью 5 изделия 1 с углом Р клиновидности, раен ым 1 О, Из получен н ых зависимостей следует, что максимум амплитудь отраженного поверхностью 4 эхо-сигнала достигается при а = Р, максимум амплитуды однократно о 1 раженного поверхностью 5 эхо-сигнала - при а 1 и максимум амплитуды двукратно отраженного поверхностью 5 эхо-сигнала - при а 7, Выбирают рабочее значение угла а = ао в плоскости непараллельности изделия 1 из условия аг ао а 1, фиксируют в этом положении пьезопластину 3, измеряют временные параметры принятых эхо-сигналов, например, с помощью эхо-импульсного иммерсионного цифрового толщиномера с разрешающей способностью единицы микрометров, осуществляющего формирование временного интервала по первому и второму донным эхо-сигналам, и по ним определяют толщину изделия 1,В выбранном диапазоне значений угла ао для первого и второго донных эхо-сигналов фазово-амплитудная составляющая погрешности имеет противоположный знак, что объясняется интерференционными явлениями. Происходящее по этой причине изменение времени нарастания сигнала до уровня срабатывания формирующих устройств приводит к практически полной компенсации путевой погрешности. Оптимальноее значение ао оп ределяетсз из вы ражениягде Сж - скорость распространения УЗ колебаний в иммерсионной жидкости 2;См - скорость распространения УЗ колебаний в материале. изделия 1,При оптимальном значении ао угловые характеристики распространения УЗ колебаний, обозначенные на фиг. 1, определяются из выраженийПогрешность измерения при ао для изделии 1 с непараллельностью до 2 при толщине от 2 до 5 мми См=4600 6000 м/ссоставляет 0-10 мкм, Погрешность измерения при аоо для изделий с непараллельностью до 5 составляет до 50 мкм. При измерениях же толлГ щины на углах а =Р и а = о область применения ограничена значениями непараллельности Р = 90-100,Формула изобретения Способ измерения 1 олщины изделий с плоскими поверхностями, заключающийся в том, что устанавливают плоскую пьезопла 1587335стину над изделием, излучают пьезопластиной импульсы ультразвуковых колебаний, принимают пьезопластиной отраженные изделием эхо-сигналы, изменяют в ходе излучения и приема угол между плоскостью 5 пьезопластины и донной поверхностью изделия до достижения максимальной амплитуды отраженных донной поверхностью эхо-сигналов, фиксируют угловое положение пьезопластины и измеряют толщину из делия по вреМенным параметрам эхо-сигналов в зафиксированном положении, отл и ч а ю щийся тем,что, с целью расширения области применения и повыщения точности измерения толщины изде лий с непараллельными поверхностями, изменяют в ходе излучения и приема угол а между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью иэделия до достижения максимальных амплитуд однократно и дву кратно отраженных донной поверхностью эхо-сигналов, фиксируют угловое положение пьеэопластины при значении аь, измеряют толщину изделия по временным параметрам эхо-сигналов в угловом положении аь, а значение аа выбирают из условия,аг ( ао -а,где а 1 - угол между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью изделия, при котором амплитуда однократно отраженного донной поверхностью эхо-сигнала максимальна;а 2 - угол между плоскостью пьезопластины и донной поверхностью изделия, при котором амплитуда двукратно отраженного донной поверхностью эхо-сигнала максимальна.-Ю -Ф 39 С )ФУ в ЮОЫффг И. Мус Редакто анк аказ 2412 Тираж 479 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/5 и ГКНТ С зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 О Ю Фиг.2