Ультразвуковой интерферометрический толщиномер

,8013977др 4 С 01 В 17/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ эмери споль ий поГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРУ 913065, кл. С 01 В 17/02, 1983,Авторское свидетельство СССРВ 1047268, кл, С 01 В 17/02, 1984,(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ТОЛЩИНОМЕР(57) Изобретение относится к ительной технике и может быть изовано для непрерывного измерениятолщины движущихся ленточных заготовок. Целью изобретения являетсярасширение диапазона измерен вышение удобства эксплуатации и точности измерений, Указанная цель дос" тигается тем, что в ультразвуковой интерферометрический толщиномер, содержащий акустическую головку с механическим узлом ее перемещения, схему обработки ультразвуковых сигналов и блок действительного значения и индикации, дополнительно введены синхронизатор, датчик исходного положения акустической головки, расположенный в механическом узле датчик поиска поверхности заготовки, установленный в акустической головке, блок управления и шаговый двигатель. Отклонение толщины ленты от номинального опреде- ае ляется по изменению фазы стоячей волны, образующейся между акустической головкой и контролируемой лентой. 3 ил.Цель изобретения - расширение диапазона измерений, повышение удобства кий толщиномер содержит акустическуюголовку 1 с механическим узлом 2 ееперемещения, последовательно соединенные задающий генератор 3, генератор 4 ультразвуковой частоты, излучающий преобразователь 5 и первыйприемный преобразователь б, расположенные в одной плоскости акустической головки 1, первый усилитель-ограничитель 7, первый фазовый детектор 8, интегратор 9, выход которогоподключен к входу регулирования частоты задающего генератора 3, последовательно соединенные второй приемный преобразователь 10, расположенный в акустической головке 1 в одной плоскости с первым приемным преобразователем б и смещенный.по оси излучения - приема на полдлины волны,второй усилитель-ограничитель 11, второй Фазовый детектор 12, усредняющий усилитель 13, компаратор 14, логический блок 15, генератор 16 импульсов, блок 17 управления, шаговый двигатель 18,выходной вал вращения которого связан с механическим узлом 2 перемещения акустической головки 1, вторыевходы первого детектора 8 и второгодетектора 12 связаны соответственнос вторыми выходами второго усилителя-ограничителя 1 и генератора 4ультразвуковой частоты, демодулятор19, вход которого связан с выходомкомпаратора 14, а выход - с вторымвходом генератора 1 б импульсов, датчик ХО исходного положения акустической головки 1, установленный вмеханическом узле 2, и датчик 21поиска поверхности заготовки, установленный в корпусе акустической головки 1, подключенные к второму итретьему входам логического блока15, второй выход которого связан свторым входом блока 17 управления,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для непрерывного измерения толщины движущихся ленточных заготовок. в эксплуатации и точности измерений. На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого толщиномера; на фиг.2 принципиальная схема синхронизатора; на Фиг.З - принципиальная схема блока управления шаговым двигателем.Ультразвуковой интерферометричес 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 блок 22 действительного значения ииндикации, счетный вход которого связан с вторым выходом блока 1 управления и четвертым входом логическогоблока 15, а вход предварительной установки - с третьим выходом логического блока 15, вход записи результата измерения блока 22 соединен с выходом компаратора 14.Логический блок 15 состоит из синхронизатора 23 и связанного с ним задатчика 24 подъема акустической головки 1 на исходное расстояние отповерхности заготовки. Входы и выходы синхронизатора 23 являются соответствующими входами и выходами логического блока 15,Блок 22 действительного значенияи индикации состоит из последовательно соединенных задатчика 25 предварительной установки, реверсивногосчетчика 2 б с параллельной записьюи цифрового индикатора 27 результата измерений.Вторые входы интегратора 9 и компаратора 14 соединены соответственнос первым источником 28 и вторым источником 29 опорных напряжений.На блок-схеме обозначены такжеконтролируемая заготовка (лента) Зци база 31 измерения (качения илискольжения)Основу синхронизатора 23 составляет счетчик 32 с дешифратором 33,выходные сигналы которого определяют состояние триггера 34 направлениявращения и схемы И 35.запуска генератора 1 б, а также формирователи импульса (ФИ), связанные с входом счетчика 32 и обеспечивающие последовательное его переключение.Основу блока 17 управления вращением шагового двигателя 18 составляют реверсивный двоичный счетчик Збс дешифраторами 37 и 38 на выходе,обеспечивающие необходимую последовательность чередования импульсов напряжения на фазах шагового электродвигателя при правом и левом вращениях.Толщиномер работает следующим образом.При исходной настройке механический узел 2 жестко Фиксируется надповерхностью контролируемой ленты 30,при этом плоскость излучения - приема акустической головки 1 устанавливается параллельно поверхности лен3 13977 ты 30, вместо которой устанавливается на базе 31 измерения калибровочная пластина известной толщины. Расстояние Н между механическим узлом5 2 с акустической головкой 1 и базой 31 измерения при максимально возможной толщине Ь ленты 30 должно удовлетворять условию 10+ 1Н , - исходное расстояние, выбирается с учетом исходнойдлины ультразвуковой волны, частоты излучения,геометрических параметров акустической головки1, излучающего преобразователя 5, приемных преобразователей 6 и 10, дифракционного расширенияультразвукового луча и изусловия выбранного четвертьволнового участкастоячей волны в качестве где 15 20 измерительного,Задатчиком 24 подъема акустической головки 1 устанавливают необходимое ее перемещение вверх после срабатывания датчика 21 поиска поверхности контролируемой ленты 30 с тем, чтобы после отработки этого перемещения акустическая головка 1 находилась над поверхностью ленты 30 на расстоянии, равном Н,35Задатчиком 25 предварительной установки устанавливают число, при котором после получения результата измерения толщины калиброванной пластины на индикаторе 27 были бы покаэа 40 ния, соответствующие толщине этой пластины.При включении толщиномера логический блок 15 своим вторым выходом через блок 17 управления и первым выхо 45 дом через генератор 16 управляет вращением двигателя 18 в направлении перемещения акустической головки 1 в верхнее исходное ее положение до сра" батывания датчика 20. Последний через логический блок 15 (третий выход) производит запись числа предварительной установки задатчика 25 в реверсивный счетчик 26, производит запись числа задатчика 24 в синхронизатор 23, а через блок 15 (первый его выход) управляет запуском генератора 16 и направлением (второй выход блока 15) вращения шагового двигателя 30418 через блок 17 управления, при котором акустическая головка 1 опускается к поверхности контролируемой ленты 30. Одновременно импульсы из блока 17 управления, поступающие на шаговый двигатель 18, поступают с второго выхода блока 17 на вычитающий счетный выход счетчика 26.При касании датчиком 21 поверхности заготовки он через логический блок 15 останавливает перемещение головки 1 к контролируемой ленте 30, осуществляет реверс вращения шагового двигателя и подъем акустической головки 1. Высота подъема головки 1 определяется числом, установленным задатчиком 24. Одновременно число импульсов, отработанное шаговым двигателем 18 и поступающее с второго выхода блока 17 управления, суммируется в счетчике 26 действительного значения. Механический узел 2 выполнен так, что отработка шаговым двигателем 18 одного импульса, поступающего из блока 17, соответствует перемещению акустической головки 1 вверх или вниз на 1 мкм. После отработки числа, установленного в задатчике 24, акустическая головка находится на расстоянии от поверхности ленты, равном Н, .Одновременно излучающий преобразователь 5 возбуждается по цепи задающий генератор 3 . - генератор 4 ультразвуковой частоты. В зоне измерения образуется стоячая волна, которая воздействует на приемные преобразователи 6 и 10.. Изменение расстояния между плоскостью излучения - приема акустической головки 1 и поверхностью контролируемой ленты 30 от Нр вызываемое изменением толщины последней, в пределах - (весь диапазон равен чет 8верти длины волны в зоне измерения), приводит к изменению фазы сигналов первого 6 и второго 10 приемных преобразователей по гармоническому закону в пределах 0 -- рад. ВыделениеЦ2фазовых сигналов приемных преобразователей 6 и 10 по отношению к фазе излучающего преобразователя 5 ипи, что эквивалентно, задающего генератора 3 осуществляется усилителями- ограничителями 7 и 11, фазовыми детекторами 8 и 12.1397730 5 10 15 Так как второй приемный преобразователь 10 смещен по оси излучения - приема ультразвуковых колебаний по отношению к первому преобразователю 6 на половину длины волны, фазы сигналов обоих приемных преобразователей б и 10 с изменением толщины ленты изменяются по одному гармоническому закону, но сдвинуты на радиан, По цепи первый 6 и второй 10 приемные преобразователи - первый 7 и второй 11 усилители-ограничители (его инверсный выход) - фазовый детектор 8 - интегратор 9 - регулирующий по частоте вход задающего генератора 3 изменением частоты излучаемых колебаний осуществляется поддержание неизменным фазового сдвига между первым 6 и вторым 10 приемнымипреобразователями, и тем самым достигаются стабилизация в зоне измерения длины волны, половина длиныкоторой задана соответствующим смещением между преобразователями б и10, и компенсация влияния дестабилизирующих факторов на результаты измерений толщины,По цепи второй выход усилителяограничителя 1 1 и второй выход ультразвукового генератора 4 - фазовыйдетектор 12 " усредняющий усилитель13 - компаратор,14 осуществляется вы"деление информационного сигнала обизменении фазы стоячей волны с изменением расстояния между плоскостьюизлучения приема головки 1 и поверхностью ленты 30. Опорным источником 28 компаратора 14 настраиваютна срабатывание при расстоянии междуголовкой 1 и поверхностью ленты 30,равном Н, . Если расстояние междуповерхностью ленты 30 и плоскостьюголовки 1 меньше Н , компаратор 14находится устойчиво в единичном состоянии, в противном случае - в нулевом. Если это расстояние равно Нкомпаратор непрерывно переходит изодного состояния в другое, генерирует прямоугольные импульсы, поступающие на демодулятор 19, который после 50их преобразования выдает единичныйсигнал на генератор 16, прекращающийвыдачу импульсов в блок 17 управления, и акустическая головка 1 не перемещается. Одновременно выход компаратора 14 воздействует на вход записи результата измерения цифровогоиндикатора 27, где при переходе комФормула изобретенияУльтразвуковой интерферометрический толщиномер, содержащий акустическую головку с механическим узлом ее перемещения, последовательно соединенные задающий генератор, генера 1397730тор ультразвуковой частоты и излучающий преобразователь, последовательно соединенные первый приемный преобразователь, расположенный в однойплоскости с излучающим преобразователем, первый усилитель-ограничитель,первый фазовый детектор и интегратор,выход которого подключен к входу регулирования частоты задающего генератора, последовательно соединенныевторой приемный преобразователь,расположенный в корпусе акустической головки в одной плоскости с первым приемным преобразователем и смещенный относительно него по оси излучения - приема на расстояние, равное половине длины волны, второйусилитель-ограничитель, второй фазовый детектор, усредняющий усилительи компаратор, первый источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу компаратора,вторые входы первого и второго фазовых детекторов связаны соответственно с инверсным выходом второго усилителя-ограничителя и вторым выходомгенератора ультразвуковой частоты,второй источник опорного напряжения,выход которого подключен к второмувходу интегратора, и блок действительного значения и индикации, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, повышения удобства в эксплуатации и точности измерений, толщиномер снабжен последовательно соединенными задатчиком подъема акустичес" кой головки, синхронизатором, генератором импульсов, блоком управления и шаговым двигателем, выходной вал вращения которого связан с механическим узлом перемещения акустической головки, датчиком исходного положения акустической головки, расположенным в механическом узле и 15 подключенным к второму входу синхронизатора, датчиком поиска поверхности заготовки, установленным в акустической головке и подключенным к третьему входу синхронизатора, демодулятором, вход которого соединен с четвертым входом синхронизатора, входом записи результата измерения блока действительного значения и индикации и выходом компаратора, а выход - с вторым входом генератора импульсов, второй выход синхронизатора связан с вторым входом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу синхронизатора и к счетному входу блока действительного значения, а вход предварительной установки последнего соединен с третьим выходом синхронизатора.1397730 ео 3 юе.ЖеаглМ Составитель В,КольцоРедактор И, Горная Техред А.Кравчук Корректор И. Мус аказ 2261/3 ктная 4оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектна 8 Тираж 680 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаушПодписное комитета СССР и открытий ская наб., д, 4/