Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 С 01 В ДЕТЕЛЬСТВ епователь неразрунтроля. н Изобретнеразрушающультразвукоиспользованстроении имерения тол областиериаловожет бытьии, авиание относится к его контроля мат вым методом и м о в машиностроен других отраслях щины материалов и я изизделий я п е счет урной,погонении елий от шение нои реши размеро номиналНа фи схема и я емен ГОСУДАРСТВ:ННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Всесоюзный научно-иссл ский институт по разработке шающих методов и средств ко качества материалов(56) Патент Франции В 154473, ул. С 01 В 17/00, 1968.Авторское свидетельство СССР У 991164, кл. С 01 В 17/02, 1983. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХОИИПУЛЬСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗМЕРОВ(57) Изобретение относится к нераз ,рушающему контролю материалов ультразвуковым методом и может быт использовано в машиностроении для измерения толщины материалов и изделий. Целью изобретения является повышение точности измерений за сч ю изобретения являе очности измерений з компенсации темпера и измерений при отк в контролируемых из ьного значения. г. 1 изображена ст змерителя; на фиг. ЯО 4 ядя полной компенсации температурнойпогрешности измерений при отклоненииразмеров контролируемых изделий отноминального значения. Работа устрой"ства заключается в формировании временного интервала, равного разностимежду временем прозвучивания в УЗ канале с фиксированной базой прозвучивания и суммарного времени прозвучивания в первом и втором контролируемых УЗ-каналах, его расширении изаполнении счетными импульсами, по числу которых судят о толщине изд -лия Дополнительно производитсясравнение временного интервала свыхода УЗ канала с фиксированнойбазой прозвучивания и заданным кодомноминального размера изделия, устанавливаемого при. настройке. По результату сравнения автоматическикорректируется частота генераторасчетных импульсов. 2 ил. 2аграммы, иллюстрирующие работутеля. Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров (фиг. 1) содержит синхронизатор 1, три приемно-передающих канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные генераторы 2-4 зондирующих импульсов, приемно-передающие преобразователи 5-7, усилители 8- 1 О, селекторы-формирователи 11-13 и измерительные триггеры 14-16; выход триггера 14 соединен с входом генератора 3 зондиру" ющих импульсов и вторым входом из 1,467392мерительного триггера 15 . второго приемно-передающего канала, последовательно соединенные первую схему И 17, первый вход которой соединен с5 инверсным выходом измерительного триггера 15 второго приемно-передающего канала, второй вход - с прямым выходом измерительного триггера 16 третьего приемно-передающего канала, 10 ,схему ИЛИ 18, расширителЬ 19 времен,ных интервалов, вторую схему И 20, ,.третью схему И 21 и реверсивный ;счетчик 22, четвертую схему И 23, первый вход которой соединен с прямым 15 ,выходом измерительного триггера 15 ,второго приемно-передающего канала, ,второй вход - с инверсным выходом измерительного триггера 16 третьего приемно-передающего канала, третий вход - с третьим входом первой схемы 1 17 и с вторым выходом синхронизатора 1, последовательно соединенные четвертый триггер 24, Б"вход которого соединен с выходом первой схемы И 17, 25 К-вход - с выходом четвертой схемы И 23, и вторым входом схемы ИЛИ 18, инверсный выход - с вторым входом третьей схемы И 2 1, и пятую схему И 25, второй вход которой соединен 30 с выходом второй схемы И 20, выход - с суммирующим входом реверсивного счетчика 22, генератор 26 счетных мпульсов, последовательно соединенйые шестую схему И 27, первый вход которой соединен с вторым входом второй схемы И 20, и выходом генератора 26 счетных импульсов, второй счетчик 28, вход "Сброс" которого соединен с вторыми входами селекторов формирователей 11-13, с вторыми входами измерительных триггеров 14 и 16 и с входами генераторов 2 и 4 первого и третьего приемно-передающих кана- довр входом Сброс реверсивного 45 счетчика 22 и первым выходом синхронизатора 1, схему 29 сравнения кодов и формирователь 30 управляющего напряжения которого соединен с первым входом генератора 26 счетных импуль 50 сов, пятый триггер 31, выход которого ,соединен с вторым входом генератора 26 счетных импульсов; первый вход - с вторым входом шестой схемы И 27 и прямым выходом измерительного триггера 1655 третьего измерительного канала, второй вход - с вторым входом формирователя 30 управляющего напряжения и третьим выходом синхронизатора 1,и последовательно соединенные блок 32циФровой обработки, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 22 и эадатчика 33 кодов, выход которого соединен с вторым входом схемы 29 сравнения кодов. Измеряемое иэделие 34 размещено между преобразователями 5 и 6, третий преобразователь 7 установлен на расстоянии от отражателя 35, равном суммарному расстоянию между преобразователями 5 и 6 за вычетом номинального размера иэделия 34Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров работает следующим образом.Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы (фиг. 2 а), запускающие генератор 3 зондирующих импульсов первого приемо-передающего канала и устанавливающие измерительный триггер 14 в единичное состояние. Импульсы генератора 2 зондирующих импульсов возбуждают преобразователь 5. Ультразвуковой импульс, излучаемый преобразователем 5, отражается от поверхности контролируемого изделия 34 и поступает на вход усилителя 8, а с его выхода - на вход селектора-формирователя 11, управляемого синхронизатором 1. Сформированный селекто- . ром-формирователем 11 импульс (фиг.2 б) с задержкой относительно импульса синхронизации (фиг 2 а) сбрасывает измерительный триггер 14. По заднему фронту сигнала (фиг. 2 в) измерительного триггера 14 устанавливается в единичное состояние измерительный триггер 15 и запускается генератор 3 зондирующих импульсов, который вырабатывает электрический импульс с такими же параметрами,что и генератор 2 зондирующих импульсов первого приемно-передающего канала. Этот импульс возбуждает преобразователь 6. Ультразвуковой импульс, получаемый преобразователем 6,отражается от противоположной поверхности контролируемого изделия 34 и поступает на вход усилителя 9, а свыхода - на вход селектора-формирователя 12, управляемого синхронизатором 1.Сформированный сеяектором-формирователем 12 импульс (фиг. 2 г) с задержкой Т относительно импульса (фиг. 2 б) полученного на выходе селектора-формирователя 11 первоготой схеме И 23. На ее входы поступает импульс (фиг, 2 м) с прямого выхода измерительного триггера 15, импульс (фиг. 2 и) с инверсного выхода измерительного триггера 16 и импульс (фиг. 2 к),формируемый синхронизатором 1, В результате на выходе четвертой схемы И 23 формируется импульс (фиг. 2 н) длительностью =(Т+)-з.В обоих случаях полученный им,пульс (фиг. 2 л) или (фиг, 2 н) через схему ИЛИ 18 поступает на вход расширителя 19 временного интервала. Коэффициент расширения устанавливается при калибровке.С выхода расширителя 19 временного интервала расширенный импульс (фиг. 2 о) поступает на первый вход второй схемы И 20, на второй вход которой подаются импульсы (фиг. 2 п) с генератора 26 счетных импульсов,Полученная пачка импульсов (фиг. 2 р) поступает на первый вход третьей схемы И 2 1 и второй вход пятой схемы И 25.На первый вход пятой схемы И 25 и на второй вход третьей схемы И.21 поступают сигналы с прямого и инверсного выходов четвертого триггера 24. Таким образом, при С э ) (1, + С ) импульсы (фиг, 2 р) с выхода пятой схемы И 25 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 22. При ее, + г,) импульсы (фиг. 2 р) с выхода третьей схемы И 21 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 22.Управление четвертым триггером 24 осуществляется подачей на его входы сигналов с выхода первой и четвертой схем И 17 и 23.Полученное в реверсивном счетчике 22 число поступает в блок 32 у цифровой обработки, где происходит его сложение с номинальным значением контролируемого размера и индикации полученного значения.Для устранения погрешности измере" ния, обусловленной изменением скорости ультразвука в промежуточной жидкости при изменении температуры, импульс (фиг. 2 з) с прямого выхода измерительного триггера 16 поступает, на второй вход шестой схемы И 27, на второй вход которой поступают импульсы с выхода генератора 26 счетных импульсов. С выхода схемы И 25 пачка импульсов (фиг, 2 с) пос 15 5 1467392 6канала, сбрасывает измерительныйтриггер 15.Импульс (фиг. 2 д) с прямого выходаизмерительного триггера 15 поступает5на первый вход четвертой схемы И 23,а импульс (фиг. 2 е) с инверсного выхода - на первый вход первой схемыИ 17.Одновременно с запуском генера Отора 2 зондирующих импульсов первогоканала синхронизатор 1 запускает генератор 4 зондирующих импульсов третьего канала, который вырабатываетэлектрическим импульс с такими жепараметрами, что и генератор 2. Этотимпульс возбуждает преобразователь 7третьего каналаУльтразвуковой импульс, излучаемыйпреобразователем 7, отражается от 20поверхности отражателя 35, принимается тем же преобразователем 7 ипоступает на вход усилителя 10, а сего выхода - на вход селектора-формирователя 13, управляемого синхронизатором 1.Сформированный селектором-формирователем 13 импульс (фиг. 2 ж) с задержкой С относительно импульса(фиг. 2 а) синхронизатора 1, сбрасывает триггер 16, импульс (фиг. 2 з)с прямого выхода которого поступаетна второй вход первой схемы И 17,а импульс (фиг. 2 и) с инверсного выхода - на второй вход четвертой 35схемы И 23.Значение С устанавливается прикалибровке измерителя путем изменения расстояния между отражателем 35и преобразователем 7 третьего канала до получения равенства Г =1+С.При этом в качестве контролируемогоизделия 34 должен быть установленобразец с номинальным значениемгеометрического размера. 45Выделение интервала- (Е+ Е,) при е,(, + с) происходит на первой схеме И 17. На еговходы поступают импульс (фиг. 2 е)с инверсного выхода измерительного 50триггера 15, импульс (фиг, 2 з) спрямого выхода измерительного триггера 16 и импульс (фиг. 2 к), формируемый синхронизатором 1. В резуьтате на выходе первой схемы И 17 формируется импульс (фиг. 2 л) длительностью 1 = Й (Т 1+ С)Если 1с й + Т ), то выделениеинтервала осуществляется на четвер 1467392гупает на вход второго счетчика 28. Полученное в счетчике 28 число, соответствующее измеренному расстоянию от преобразователя 7 до отражателя. 35, поступает на первый вход схемы 29 сравнения кодов, на второй вход которой поступает эталонное число с задатчика 33 кода. При отйчии кода, поступающего с второгочетчика 28, и кода эталонного Мисла, поступающего с задатчика 33 фода, схема 29 сравнения кодов вырабатывает логические сигналы рассогласования Больше" или "Иеньше", Которые по импульсам (фиг, 2 ф) с третьего выхода синхронизатора 1 записываются в формирователь 30 Управляющего напряжения. С этого Момента и до прихода импульса 20 фиг. 2 а) с первого выхода синхроизатора 1 осуществляется коррекция частоты генератора 26 счетных им" пульсов.Включение последнего производится 25 Импульсом (фиг, 2 т) с выхода пятого триггера 31, управление которым осуществляется импульсом (фиг. 2 з) с прямого выхода триггера 16 третьего канала и импульсом (фиг. 2 ф) синхро низатора 1.Таким образом, применение автоматической подстройки частоты генера;тора счетных импульсов в каждом такте измерений сигналом с УЗ-канала с фик 35 фированной базой прозвучивания повышает точность измерений за счет пол:ной компенсации температурной погрешности измерений как при номинальном значении размера изделия, так и при отклонении размера изделия от номинального значения, что позволяет уменьшить потери при отбраковке изделий.45Формула изобретения Ультразвуковой эхоимпульсный измеритель размеров, содержащий синхронизатор, три приемно-передающих канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные генераторы зондирующих импульсов, приемно- передающий преобразователь, усилитель, селектор-формирователь и измерительный триггер, последовательно соединенные первую схему И, схему ИЛИ, расширитель временных интервалов, вторую схему И, третью схему И и реверсивный счетчик, четвертую схему И, последовательно соединенные четвертый триггер и пятую схему И, генератор счетных импульсов и задатчик кодов, выход измерительного триггера приемно-передающего канала соединен с входом генератора зондирующих импульсов и вторым входом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, первый вход первой схемы И соединен с инверсным выходом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, а второй вход - с прямым выходом измерительного триггера третьего приемно-передающего канала, первый выход синхронизатора соединен с входом "Сброс" реверсивного счетчика, с вторыми входами селекторов-формирователей и с. вторыми входами измерительных триггеров и входами генераторов зондирующих импульсов первого и третьего приемно-передающих каналов, первый вход четвертой схемы И соеди гнен с прямым выходом измерительного триггера второго приемно-передающего канала, второй вход - с инверсным выходом измерительного триггера третьего приемно-передающего канала, а третий вход - с третьим входом первой схемы И и с вторым выходом синхронизатора, 8-вход четвертого триггера соединен с выходом первой схемы И, К-вход - с выходом четвертой схемы И и вторым входом схемы ИЛИ, а ин- версный выход - с вторым входом третьей схемы И, второй вход пятой схемы И соединен с выходом второй схемы И, выход - с суммирующим входом реверсивного счетчика, а выкод генератора счетных импульсов соединен с вторым входом второй схемы И, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с це-. лью повышения точности измерений, он снабжен последовательно соединенньии шестой схемой И, первый вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов, вторым счетчиком, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, схемой сравнения кодов, второй вход которой соединен с выходом задатчика кодов, и формирователем управляющего напряжения, выход которого соединен с первым входом генератора счетных импульсов, пятым триггером и блоком цифровой обработки, первый вход пятого триггера соединен с вторым входом шестойсхемы И и прямым выходом измерительного триггера третьего приемно-передающего канала, второй вход - с вторым входом формировйтеля управляющего напряжения и третьим выходом синхрониэатора, а выход - с вторьм входом генератора счетных импульсов, вход блока цифровой обработки соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход - с входом задатчика кодов,