Ультразвуковой цифровой толщиномер

(51)5 6 0 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ . КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 1с. леИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К РС КОМУ ЕТЕЛЬС(21) 4480112/28 менного интервала, АЦП, запоминающее (22) 05.09.88 устройство, арифметическое устройство, ус- . (46) 07,07,92. Бюл, М 25 тройство входа, пусковое устройство, блок (71) Самарский филиал Научно-исследова- управления и цифровой индикатор. Опредетельского института технологии и организа- ление величины измеряемой толщины Я по .ции производства двигателей известному количеству счетных импульсов (72) В,НЮрин и В,В,Купцов производится автоматически согласно вы- (53) 620,179.16(088,8) ражению; Я=И/а-Ь, где а - масштаб измере- (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЦИФРОВОЙ ТОЛ- ния, определяющий сколько счетных ЩИНОМЕРимпульсов приходится на единицу толщи- (57) Изобретение относится к области не- ны; Ь - величина задержки начала отсчета разрушающего контроля и может быть толщины, которая пропорциональна време- использовано в машиностроении при ульт- нй то и рохождения УЗ-импульсов через конразвуковой толщинометрии. Целью изобре- тактные призмы УЗ-преобразователя. тения является повышение точности Значения коэффициентов а и Ь определяют измерений и расширение диапазона изме- при калибровке толщиномера согласно выряемых. Толщий. Сущность изобретения со- ражениям: а=(Й 1-Й 2)/(31-32), Ь=И 1/а, где стоит в том, что устройство содержит 31 и 32 - значения толщин калибровочных синхронизатор, генератор зондирующих образцов; И 1 и Й 2 - число счетных импульимпульсов, РС-преобразователь, усилитель, сов, пропорциональных толщинам 81 и 52 пороговое устройство, формирователь вре- соответственно. 1 ил,е относится к нераэрушаконтроля и может быть льтразвуковой. (УЗ) толщикоторого соединен с выходом ондирующих импульсов, а вым входом формирователя вре-. рвалов,ком этого устройства является я точность измерения толщи- ленная наличием ошибки от ти длительности импульса эароиство, содержащее пооединенные синхронизазондирующих импульсов, щенный (РС) преобразоь и пороговое устройство, соединенные формироваинтервалов, аналого-цифватель.(АЦП) и цифровой же генератор импульсов заблизким к сущности и ется УЗ-то едователь изобретению идостигаемому ре щиномер, содеро соединенны Изобрвтени ющим методам использовано в у нометрии,Известно уст следовательно с тор, генеоатор раздельно-совме ватель, усилител последовательно тель временных ровой преобразс индикатор, а так держки, вход генератора з ход - с вторы менных инте Недостат недостаточиа ны, обусаов нестабильнос держки. Наиболеетехнической зультату явл жащий посл5 10 20 25 30 35 40 50 55 синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и УЗ-преобразователь, последовательно соединенные усилитель,пороговое устройство и формирователь временных интервалов, второй вход которогосоединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход соединен с входомблока АЦП, блок управления и цифровойиндикатор.Недостатком известного устройства является невозможность измерять толщиныменее 1,5 мм, измерять толщины иэделий сбольшой кривизной поверхности, что обусловлено конструкцией УЗ-преобразователя.Кроме того, используемый беээталонный способ измерения, реализованный визвестном устройстве, дает большую погрешность при измерении толщины стенокизделий из аниэатропных материалов, таккак скорость УЗ-волн различна в зависимости от направления распространения ультразвука,Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых толщин,Поставленная цель достигается тем, чтоустройство, содержащее последовательносоединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и УЗ-преобразователь,последовательно соединенные усилитель,пороговое устройство и формирователь временного интервала, при этом вход усилителясоединен с выходом УЗ-преобразователя,второй вход формирователя временного интервала соединен с выходом генераторазондирующих импульсов, а выход формирователя временного интервала соединен свходом АЦП, блок управления и цифровойиндикатор, дополнительно снабжено пусковым устройством, а также последовательносоединенными устройством ввода, коммутатором, запоминающим устройством иарифметическим устройством, причем выход блока АЦП соединен с вторым входомкоммутатора, выход арифметического устройства соединен с входом цифрового индикатора и с третьим входом коммутатора,выход пускового устройства соединен свходом блока управления, первый выходкоторого соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управлениясоединен с вторым входом запоминающегоустройства, третий выход блока управлениясоединен со вторым входом арифметического устройства.На чертеже представлена блок-схемаУЗ 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 импульсов 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 третьим 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 запоминающего устройства 9, третий выход - с вторым входом арифметического устройства 10, четвер;ый выход - с вторым входом цифрового индикатора 11,УЗ цифровой толщиномер работает следующим ооразом,Импульсы с выхода синхронизатора 1 запускают генератор 2 зондирующих импульсов. Зондирующие импульсы поступают на излучающую часть УЗ-преобразователя 3 и преобразуются в УЗ-импульсы. Эти импульсы излучаются в изделие, отражаются от его противоположной поверхности, и поступают на приемную пьеэопластину УЗ- преобразователя 3, где преобразуются в электрические импульсы, Одновременно с этим зондирующие импульсы запускают формирователь 6 временного интервала, Электрические импульсы с выхода преобразователя 3 усиливаются с помощью усилителя 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 измерительные импульсы длительность которых равна сумме 1=(о+с, где Ь - время прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразователя 3, с 1 - время прохождения УЗ-импульсов через изделие. За 7 ем измерительные импульсы длительностью т преобразуются в АЦП 7 в число импульсов, которое состоит из суммы М,+й 1, где число импульсов Й и К пропорциональны временам ь и И соответственно, АЦП 7 может быть выполнен в виде преобразователя время-код с регистром памяти, Определение величины измеряемой толщины 3 по известному количеству счетных импульсов производится автоматически согласно выраженияЯ= -- Ь.,Йагде а - масштаб измерения, определяющий сколько счетных импульсов приходится на единицу толщины;Ь - величина задержки начала .отсчета толщины, которая пропорциональна времени 10 прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы УЗ-преобразователя.Определение значений коэффициентов а и Ь производят в процессе калибровки УЗ-толщиномера по двум калибровочным образцам с известными толщинами 31 и Яг, причем 31 Яг, 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 51, 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 разрешающийсигнал на коммутатор 8 и сигнал записи на запоминающее устройство (ЗУ) 9,.Затем в устройство 12 ввода заносят значение Яг и как в первом случае производят запись Яг в ЗУ 9. После этого устанавливают преобразователь 3 на калибровочный образец толщиной 31, На выходе АЦП 7 появляется код Й 1, Включают пусковое. устройство 13 и известным способом производят запись значения Й 1 в ЗУ 9. Затем устанавливают преобразователь 3 на калибровочный образец с толщиной Яг. На выходе АЦП 7 появляется код числа Йг. 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, Йг 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 Ь по формуламЙ 1 - Йг, Ма-; Ь= --- Я 1З 1-Ягаи заносят их вЗУ 9, В качестве арифметического устройства 10.может быть использован микропроцессор.1015 2025 30 355055 предлагаемый толщиномер позволяет изме-.рять меньшие толщины стенок начиная с После этого блок 14 управления переключают в режим "Измерение" путем подключения области ППЗУ с соответствующей и рограммой.Для измерения толщины изделия ставят преобразователь 3 на изделие. В результате этого на выходе АЦП 7 появляется код числа Й, пропорционального толщине изделия При включении пускового устройства 13 его выходные сигналы иницируют работу блока14 управления и он выдает управляющие сигналы на коммутатор 8, ЗУ 9, арифметическое устройство 10 и цифровой индикатор 11 в результате чего происходит вычислениеЙтолщины по формуле Я = -- Ь. Результатазаносится 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 т между зондирующим импульсом и зхо сигналом вычитают интервал времени 1, равный времени прохождения УЗ-импульсов через контактные призмы преобразователя. Полученный интервал времени 11 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;. Изменениедлительности импульса со на величину Лс=0,01 Ь вызываеттакое же уменьшение интервала 11, так как интервал времениот температуры практически не изменяется, При высоте призмы преобразователя, которые обычно изготавливаются из оргстекла, равной 10 мм, величина интервала травна 8 мкс, В этом случае Ь 1=0,01, 10=0,08 мкс.Уменьшение 11 на 0.08 мкс при измерениитолщины стенки изделия, изготовленного из алюминия и равной 1 мм, приводит к погрешности измерения, равной 270. 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 толщиныстенок иэделий.По сравнению с известным устройствомказ 2391ВНИИПИ Г Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж 10, ул,Га 0.4-0,5 мм при радиусе кривизны выпуклойповерхности 2 мм и более, а также при радиусе кривизны вогнутой поверхности неменее 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 целью повышения точности измерений и расширения диапазона измеряемых толщин, он снабжен пусковым устройством,.а также последовательно соединенными уст ройством ввода, коммутатором, запоминающим и арифметическим устройствами, выход блока АЦП соединен с вторым входом коммутатора, выход арифметического устройства - с входом цифрового индикатора и 10 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 15 запоминающего устройства, э третий выходблока управления - с вторым входом арифметического устройства,