Устройство контроля трещин в материалах

Изобретение относится к контроль-: но-измерительной технике и может быть использовано в системах дефектоскопии, в технике научного эксперимента при автоматическом контроле характера разрушения.Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение производительности за счет оптической обработки информации.На Фиг. 1 изображена Функциональная блок-схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу блока Формиро вания импульсов начала и конца кадра.Устройство содержит телевизионную передающую электронно-лучевую трубку 1 с блоком 2 телевизионной развертки, объектив 3, оптический фильтр 4, но ситель 5 изображения трещины, источник 6 света, блок анализа в виде первого (согласующего) усилителя 7, первого порогового элемента 8, узла 9 формирования импульсов начала и кон ца кадра, состоящего из второго (согласующего) усилителя 10, первого 11 и второго 12 элементов И и первого триггера 13. Блок анализа имеет также третий 14 и четвертый 15 элемен ,ты И, второй триггер 16, генератор ,17 импульсов, первый 18 и второй 19 счетчики, первый 20 и второй 21 дешифраторы, первую 22 и вторую 23 группы элементов ИЛИ и группу 24 элементов И.Вход передающей телевизионной трубки 1 подключен к первому выходу блока 2 телевизионной развертки,обьактив 3, Фильтр 4, носитель 5 изоб ражения трещин и источник 6 света оптически связаны между собой и с Передающей телевизионной электронноЛучевой трубкой 1, вход первого (со-. Гласующего) усилителя 7 подключен к 45 Выходу передающей телевизионной элек . тронно-лучевой трубки 1, а выход соединен с входом порогового элемента 8, вход второго согласующего усилителя 10 подключен к второму выходу блока 2 телевизионной разверткиа выход50 соединен с первым входом первого триггера 13 и входами первого 11 и второго 12 элементов И, другой вход первого элемента И 11 соединен с первым55 выходом первого триггера 13, а другой вход второго элемента И 12 - с вторым выходом первого триггера 13 и вторым Входом этого триггера, выход первого элемента И 11 подключен к первому,входу второго триггера 16, выход вто.рого элемента И - к второму входувторого триггера 16 и к вторым входам первого 18 и второго 19 счетчиков, входы третьего 14 и четвертого15 элементов И подключены к выходупорогового элемента 8, другие входытретьего 14 и четвертого 15 элементов И - к первому выходу второготриггера 16, второй выход которогоне задействован, на третий вход третьего элемента И 14 подключен выходгенератора 17 импульсов. Выход четвертого элемента И 15 подключен напервый вход первого счетчика 18, выход третьего элемента И 14 подключенна первый вход второго счетчика 19,выход первого счетчика 18 соединенс входом первого дешифратора 20, авыход второго счетчика 19 подключенк входу второго дешифратора 21, вы-;ход первого дешифратора 20 соединенс входом первой группы 22 элементовИЛИ, выход второго дешифратора 21с входом второй группы 23 элементовИЛИ, выходы первой 22 и второй 23групп элементов ИЛИ подключены навход группы 24 элементов И, выходкоторой является выходом устройства.Второй (согласующий) усилитель 10может быть выполнен в виде двух каскадов: эмиттерного повторителя и усилителя-инвертора, первый триггер 13в виде триггера со счетным входом, апервый 11 и второй 12 элементы И -в виде двух вентилей каждый.Устройство работает следующим образом (фиг,1),Свет от источника 6 последователь.но проходит через носитель 5 изображения трещины, представляющий собойнегативную фотограмму трещины, и далее через оптический фильтр 4, имеющий прозрачные участки в виде отрезков линий фиксированной длины, случайно расположенных на непрозрачномфоне, и проецируется с помощью объектива 3 на экран передающей телевизионной трубки 1Таким образом, наэкран проецируется дискретное изображение трещины, промодулированное случайным фильтром 4, в виде ярких точек, соответствующих участкам трещины, пересекаемым линиями Фильтра, Спомощью блока телевизионной развертки осуществляется обычное последовательное построчное сканирование мише 3 1397733 445 50 снятие блокировки с третьего элемента И 14. При поступлении на другой, его вход видеоимпульса блокировка 55снимается, и по каждому поступившени кадр за кадром, 1 ри этом видеоимпульсы, соответствующие ярким точкам,проецируемым на экран передающей телевизионной трубки 1, через первыйсогласующий усилитель 7 и пороговыйэлемент 8 поступают в блок анализа.Анализ осуществляется путем подсчета вндеоимпульсов в течение длительности одного кадра развертки спомощью первого счетчика 18, на сигнальном входе которого подключен четвертый 15 логический элемент И, другой вход которого соединен с вторымтриггером 16, выдающим разрешение насчет лищь в течение длительности кадра, Информация, накопленная первымсчетчиком 18, соответствует количеству видеоимпульсов К, (связанному ситенсивностью ярких точек на экране)и отражает суммарную длину (периметр)трещины,Видеоимпульсы с выхода пороговогоэлемента 8 поступают также на входтретьего элемента И 14, на другойвход которого поступают импульсы высокой частоты, формируемые генератором 17 импульсов, на третий вход элемента И 14 поступает разрешающий сигнал от второго триггера 16, действующий в течение длительности кадраразвертки, Через элемент И 14 на сигнальный вход счетчика 19 поступаютвысокочастотные импульсы-наполнителилишь в течение длительности видеоимпульсов, счетчик 19 в итоге осуществляет подсчет импульсов-наполнителей,количество которых К пропорциональносуммарной длительности видеоимпульсов. Таким образом, информационноесодержание счетчика 19 отражает суммарную длительность видеоимпульсов,зависящую от общей площади трещины.Поскольку применяемым измерениямдаже при контроле одного изображенияприсущ статистический разброс, близкие по значениям выходы первого 20 ивторого 21 дешифраторов, через кото.рые снимается информация первого 18и второго 19 счетчиков, объединяютсяс помощью первой 22 и второй 23 группэлементов ИЛИ. Тем .самым осуществляется формирование числовых интервалов, задающих точностной допуск измеряемых величин К и К, служащих критериями контроля. Выходы первой 22и второй 23 групп элементов ИЛИ подключены на вход группы 24 элементовИ. При одновременном попадании зна 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 чений длины и площади трещины в эталонную критическую зону на выхоце группы 24 элементов И, являющемся выходом устройства, появляется сигнал, информирующий о дефекте.Обработка информации должна осуществляться строго в пределах кадра, для задания временных границ которого в устройство введен узел 9 формирования импульсов начала и конца кадра. Последний вырабатывает сигнал начала и конца кадра на основе кадровых синхрощпульсов, поступающих с второго выхода блока 2 телевизионной развертки. Второй (согласующий) усилитель 10 содержит, например, эмиттерный повторитель (выполненный на транзисторе), исключающий влияние узла 2 на работу узла кадровой развертки блока 2, и усилитель-инвертор (выполненный на транзисторе).На фиг 2 показаны; а - кадровые синхроимпульсы, б - временные диаграммы состояний первого выхода первого триггера 13, в - временные диаграммы состояний второго выхода этого триггера, г и д - импульсы начала и конца кадра соответственно.Первый кадровый синхроимпульс устанавливает первый триггер 13 (со счетным входом) в единичное состояние и блокировка с первого элемента И 11 снимается.В результате этот первый кадровый синхроимпульс проходит через первый логический элемент И 11 и появляется на его выходе в качестве импульса начала кадра. Последний устанавливает второй триггер 16 (с раздельным входом) в единичное состояние. Это снимает блокировку с четвертого логического элемента И 15 и ви" деоимпульсы с выхода порогового элемента 8 поступают на вход первого счетчика 18, где по каждому поступив.шему видеосигналу происходит увеличе.ние содержимого счетчика 18 на единицу. Таким образом осуществляютсясчет видеоимпульсов и, в конечномитоге, измерение длины трещины, Поступление единичного уровня с выхода второго триггера 16 подготавливает му от генератора 1 импульсов высокочастотному импульсу в наполнитесодержимое второго счетчика 19 уве 1397733личнвается на единицу. По окончании видеоимпульса занесение единиц в счет" чик не происходит и счет возобновляется лишь при новом поступлении ви 5 деоимпульсов с выхода порогового элемента 8. Таким образом, формируемое вторым счетчиком 19 число пропорционально суммарной длительности видео- Импульсов, отражающей площадь трещины.При поступлении второго кадрового синхроимпульса первый триггер 1 б устанавливается в нулевое состояние. Вследствие этого первый логический 15 лемент И 11 блокируется, а со второ. го логического элемента И 12 блокировка снимается В результате этот Второй кадровый синхроимпульс проходит второй логический элемент И 12 2 рпоявляется на его выходе в качестве импульса конца кадра, По этому сигналу второй триггер 16 сбрасыва 6 тся в нулевое состояние. При этом цО", поступающий с его первого вы Хода на входы третьего 14 и четвертого 15 элементов И, блокирует первый 18 и второй 19 счетчики, По имгульсу конца кадра осуществляется перевод счетчиков в исходное нулевое Зр состояние. После поступления очередного кадрового синхроимпульса весь икл работы устройства возобновля-. ется.Введенный в устройство фильтр 4 (фиг.1) помимо сжатия оптической информации должен обеспечить также инвариантность преобразования оптической информации по отношению к повороту и переносу изображения, Это 4 р требование вытекает из того, что трЕ- щина может появиться в любой точке поля изображения и направление ее распространения произвольно. Поэтому введенный в устройство оптический 45 фильтр, с целью достижения инвариантности измерения длины и ширины трещины по отношению к ее положению и ориентации, выполняется по определенным правилам. брПрямые линии на фильтре 4 задаются случайными, распределенными по равномерному закону нормальными косрдинатами (г,). Нормальные координаты прямой (,с ) - это полярные координаты точки пересечения прямой с, перпендикуляром, опущенным на нее из начала координат. Уравнение пряМой в таких координатах имеет вид х созЧ у з 1 пр -гТехнология изготовления оптических фильтров следующая.С помощью ЭВМ, имеющей графический дисплей, программным путем строят отрезки прямых линий, нормальные координаты которых распределены по случайному равномерному закону, и выводят их иэображение на графический дисплей. Негатив фотографий, полученный с дисплея, используется как оптический фильтр. Возможно и ручное построение фильтра, Вычерчиваются отрезки линий, три нормальные координаты которых г,.и У - расстояния от начала отрезка до указанной точки пересечения перпендикуляра с линией распределены по случайному равномерному закону и выбираются по таблицам случайных чисел или формируются с помощью соответствующих датчиков случайных чисел. Полученный чертеж фотографируется и негатив используется в качестве фильтра. Длина 1 и толщина Й отрезков подбираются эмпирически, исходя из характера трещинообразования в материале. Толщина отрезка линии должна быть достаточной для создания надежной яркостной отметки (и соответственно видеоимпульса) при пересечении самого тонкого участка трещины, подлежащего регистрации.Оптимальная длина отрезка линии выбирается из условия, чтобы проекция отрезка линии на экран телевизионной трубки 1 составляла 20-507. от диаметра ее экрана,П р и м е р. Пусть для контроля предъявлено изображение трещины, имеющей суммарную длину (периметр) П, и площадь Б, при этом в результате анализа изображения в первый счетчик заносится число К, а во второй - КВероятность пересечения данной трещины с линиями фильтра41 П 2В 2 + 2 ГК 1 где й - радиус передающей телевизионной трубки,А с учетом конечной толщины эта вероятность равна2 Т Бо+ 2 1 ПоРВ 2Несмещенными оценками этих вероят. ностей являются Р, = - для первой вероятности и Р = -для второй. Дисперсия оценок равна соответстР (1 Р ) Ра 1 РвенноКиКгде К - число линий фильтра.формула изобретенияУстройство контроля трещин в материалах, содержащее оптически связанные источник света, объектив, носитель изображения трещины и передающую телевизионную электронно-лучевую трубку с блоком телевизионной раз" вертки, блок анализа, пороговый элемент, первый (согласующий) усилитель, вход которого подключен к выходу передающей телевизионной электроннолучевой трубки, а выход соединен с входом порогового элемента, связанного с блоком анализа, о т л и ч а ющ е е. с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повьппения производительности, оно снабжено оптическим фильтром, установленным между объективом и носителем изображения трещины, блок анализа выполнен в виде второго усилителя, первого, второго, третьего и четвертого элементов И, генератора импульсов, первого и второго триггеров, первого и второго счетчиков, первого и второго дешиф.раторов, первой и второй групп элементов ИЛИ, группы элементов И, вход второго усилителя подключен к второму выходу блока телевизионной развертки, а выход соединен с первым входом первого триггера и с входамипервого и второго элементов И, второй вход первого элемента И соединенс первым выходом первого триггера, авторой вход второго элемента И соединен с вторыми выходом и входом первого триггера, выход второго элемента И подключен к первому входу второ го триггера, выход второго элементаИ подключен к второму входу второготриггера и к вторым входам первогои второго счетчиков, первые входытретьего и четвертого элементов И 15 подключены к выходу порогового элемента, вторые их входы подключены кпервому выходу второго триггера, третий вход третьего элемента И подключен к выходу генератора импульсов, 20 выход четвертого элемента И подключен к первому входу первого счетчика, выход третьего элемента И подключен к первому входу второго счетчика, выход первого счетчика соеди нен с входом первого дешифратора,выход второго счетчика соединен с.входом второго дешифратора, выходпервого дешифратора подключен к входу первой группы, элементов ИЛИ, вы ход второго дешифратора подключен квходу второй группы элементов ИЛИ,выходы первой и второй групп элемен-тов ИЛИ подключены к входам группыэлементов И, выход которой являетсявыходом устройства, второй усилитель, 35первый и второй элементы И и второйтриггер представляют собой узел формирования импульсов начала и концакадра, оптический фильтр выполнен в 40 виде прозрачных отрезков линий Фиксированной длины, случайно расположенных на непрозрачном фоне.Зака Производственно-полиграфическое предприятие, гУжгород, ул. Проектная,61/38 Тираж б 80 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушская