Устройство для контроля качества изделий

(51)5 6 01 К ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЕТЕНИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(56) Шарп Р, Методы неразртаний, М,: Мир, 1972, с, 72.Авторское свидетельствМ 1019319, кл, 8 01 И 29/О т авиационного ьев, С.О.Мель- .В.Юрченко и ушающих испыо ССС 4, 198 КАЧЕе не(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ КОСТВА ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относитсразрушающих испытаний я к техни изделий у етение относится к неразрушаютаниям иэделий ультразвуковым основанным на регистрации ультх резонансных колебаний(УРК)и акустической эмиссии (АЭ).тно устройство для контроля качеий, содержащее последовательно ные генератор, пьезоизлучатель и емник, перестраиваемый по частолосный усилитель и блок обработтрации параметров УРК. Недостатется низкое ктого, что в немАЭ происходитудам или поссигналов,Наиболеением к предл м да честв регис без и оянны Иэобрщим испьметодом,развуковысигналовИзвесства изделсоединенпьезоприте узкопоки и регис ного устройства являо контроля вследствие трация сигналов УРК и х разделения по амплим времени нарастания близким техническим реше гаемому является устройств звуковым методом. основанным на регистрации ультразвуковых резонансных колебаний и сигналов акустической эмиссии, Целью изобретения является повышение достоверности контроля качества за счет исключения смешения информационных сигналов акустической эмиссии и ультразвуковых резонансных колебаний. Принцип работы устройства основан на сравнении сигналов эмиссии и резонансных колебаний на эталонном и контролируемом изделиях при поочередном возбуждении в них колебаний в каждом иэ диапазонов качающейся частоты и выводе результатов сравнения на блок индикации, Диапазоны частот выбирают близкими к информационным. 4 ил. для контроля качества изделий, содержащее последовательно соединенные генератор качающейся частоты, возбудитель и приемник механических колебаний, усилитель, пиковый детектор и индикатор ультразвуковых резонансных колебаний, а также преобразователь частота-напряжение, вход которого соединен с выходом генератора качающейся частоты; а выход - с усилителем. Устройство снабжено также последовательно соединенными формирователем опорного напряжения, вход которого соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, интегратором с переменными параметрами, аналоговым вычитателем и регистратором акустической эмиссии, второй вход которого соединен с выходом генератора качающейся частоты, а вторые входы интегратора и аналогового вычитателя соединены с выходом детектора.Недостатком данного устройства является низкая достоверность контроля качества, вызываемая необходимостью изменения качающейся частоты возбуждения в широком диапазоне, что приводит к смешению сигналов АЭ и УРК и невозможности идентификации дефектов по регистрируемым сигналам АЭ. Данное устройство не позволяет производить контроль качества изделий различных типономиналов, т,к, настраивается на регистрацию сигналов определенной крутизны, соответствующих изделиям со строго определенными качествами,Целью изобретения является повышение достоверности контроля качества,Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля качества изделий, содержащее генератор качающейся частоты, первые излучатель и приемник механических колебаний, последовательно соединенные усилитель и пиковые детектор и блок индикации, снабжено последовательно соединенными и-канальным генераторам дополнительных частот, и-канальнымкоммутатором, интегральным перемножителем, фильтром и первым двухканальным коммутатором, вторыми излучателем и приемником механических колебаний, вторымдвухканальным коммутатором, двумя блоками выборки-хранения, блоком формирования ограничений, инвертором, компаратором и блоком управления, причем второй вход интегрального перемножи 5 10 15 20 теля соединен с выходом генератора .35качающейся частоты, первый и второй выходы первого двухканального коммутатора соединены соответственно с первым и вторым возбудителями механических колебаний, выходы первого и второго приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго двухканального коммутатора, выход которогосоединен с информационными входами первого и второго блоков выборки-хранения через последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор, выход первого блока выборки-хранения соединен с блоком формирования ограничений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, выход второго .блока выборки-хранения соединен с третьим входом компаратора, выход которого соединен с блоком индикации, первый выход блокауправления подключен к управляющемувходу генератора качающейся частоты, второй выход- ко входу сброса пикового детектора, третий выход - к управляющим входам двухканальных коммутаторов, к управляющему входу второго блока выборки-хранения и через инвертор к управляющему входу первого блока выборки-хранения, а четвертый выход - к управляющему входу и-канального коммутатора,При контроле качества серийных изделий, как правило, известны ультразвуковые резонансные частоты (УРК) небракованных изделий, частоты акустической эмиссии (АС) бракованных изделий, а также амплитуды этих сигналов, которые могут существенно отличаться от средних значений в различных партиях одних,и тех же изделий. Поэтому представляется целесообразным при проверке параметров качества контролируемых изделий сравнивать их с эталонным изделием, взятым из контролируемой партии.За эталонное применяется изделие, прошедшее предварительные испытания его качества различными способами, в частности. визуальный контроль, контроль электрических параметров, виброкантроль и др, (1).Введение и-канального генератора дополнительных частот и и-каналного коммутатора совместно с генератором качающейся частоты, интегральным пере- множителем и фильтром позволило производить контроль изделий только на п частотах, называемых информационными, вблизи которых могут наблюдаться сигналы УРК и АЭ, позволяющие сделать вывод о качестве изделий и исключить из рассмотрения диапазон частот, не несущих полезной информации, Диапазон качания частоты вблизи и-й информационной частоты задается генератором качающейся частоты.Введение первого и второго двухканальных коммутаторов, первого возбудителя и приемника механических колебаний, пикового детектора. первого устройства выборки-хранения. а также блока формирования ограничений и двухуровневого компаратора обеспечило возможность оперативной настройки устройства на эталонное изделие с заданной степенью достоверности соответствия контролируемого и эталонного изделий, При этом, в общем случае, в качестве эталонного может быть использовано иэделие любого класса, прошедшее предварительные испытания известными методами (1), вследствие чего характеристика его качества заранее определена.В различных партиях изделий, вследствие действия разнообразных технологических факторов, амплитуды сигналов АЭ и УРК у контролируемых и эталонного изде 1772728лий с одинаковым качеством могут несколько отличаться. Поэтому сравнение эталонного и контролируемого спектров сигналов в диапазоне частот, близком к одной из информационных, производится с некоторым допуском на возможное отклонение амплитуд сигналов АЭ и УРК от эталонных, что повышает достоверность контроля и позволяет контролировать изделия различных типономиналов с разными дефектами, так как не требует предварительной настройки на каждую партию изделий.Достижение цели в данном устройстве происходит за счет сравнения сигналов УРК и АЭ на эталонном и контролируемом изделиях при поочередном возбуждении в них механических колебаний в каждом из и диапазонов качающейся частоты и выводе результатов сравнения с помощью блока индикации,На фиг. 1-3 приведены функциональная схема устройства, блока управления и блока индикации соответственно; на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на выходах блоков устройства,Устройство для контроля качества изделий содержит генератор 1 качающейся частоты, последовательно соединенные и-канальный генератор 2 дополнительных частот, и-канальный коммутатор 3, интегральный перемножитель 4, выполненный на микросхеме 525 ПС 2, и фильтр 5, а также первые излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний, усилитель 8, пиковый детектор 9, компаратор 10, блок 11 индикации, блок 12 управления.Устройство также содержит первый 13 и второй 14 двухканальный коммутаторы, вторые излучатель 15 и приемник 16 механических колебаний, первый 17 и второй 18 блоки выборки-хранения, вь 1 полненные на микросхемах КР 1100 СК 2, блок 19 формирования ограничений, изготовленный на основе суммирующих усилителей типа К 544 УД 2 А, и инвертор 20.Второй вход интегрального перемножителя 4 соединен с выходом генератора 2 качающейся частоты, выход фильтра 5 соединен с информационным входом первого 13 двухканального коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым 6 и вторым 15 излучателями механических колебаний, выходыпервого 7 и второго 16 приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго 14 двухканального коммутатора, выход которого соединен с информационными входами первого 17 и второго45 50 5 10 15 20 25 30 35 18 блоков выборки/хранения через усилитель 8 и пиковый детектор 9, выход первого 17 блока выборки-хранения соединен с блоком 19 формирования ограничений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора 10, выход второго 18 блока выборки/хранения соединен с третьим входом компаратора 10, выход которого соединен с блоком 11 индикации,Блок 12 управления (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор 23 тактовых импульсов и счетчик 24. Первый и второй выходы генератора 23 являются одновременно одноименными выходами блока 12 управления, причем второй выход генератора 23 соединен со входом счетчика 24, первый выход которого является третьим выходом блока 12 управления, а второй - четвертым выходом последнего.Первый выход блока 12 управления соединен со входом генератора 1 качающейся частоты, второй выход - со входом сброса пикового детектора 9, третий выход - с управляющими входами первого 13 и второго 14 двухканальных компараторов, второго 18 блока выборки-хранения, а также через инвертор 20 с первым 17 блоком выборки-хранения, четвертый выход - с управляющими входами и-канального коммутатора 3 и блока 11 индикации.Первые излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний жестко соединены с эталонным иэделием 21, а вторые излучатель 15 и приемник 16 механических колебаний жестко соединены с испытуемым изделием 22, В качестве возбудителей 6. 15 и приемников 7, 16 механических колебаний использованы пьезоэлектрические датчики.Блоки 11 индикации фиг,З) включает в себя последовательно соединенные дешифратор 25, и-канальный блок 26 триггеров и световое табло 27, служащее для визуального контроля сигналов, поступающих из компаратора 10. Каждый светодиод светового табло 27 является индикатором прохождения сигналов УРК или АЗ с требуемыми параметрами амплитуды и частоты по каждому из и-частотных каналов. Четвертый выход блока 12 управления соединен с управляющим входом дешифратора 25 и входом сброса блока 26 триггеров,Устройство работает следующим образом.Излучатель 6 и приемник 7 механических колебаний жестко соединяют с эталонным изделием 21, в качестве которого могут быть использованы как бракованные, так и небракованные образцы. Так как принцип действия устройства не зависит от того. бра 1772728кованное или годное изделие выбрано в качестве эталонного, в дальнейшем будемподразумевать под эталонным небракованное изделие,Вторые излучатель 15 и приемник 16 5механических колебаний жестко соединяютс контролируемым изделием 22,На первом выходе генератора 23 тактовых импульсов блока 12 управления(первомвыходе блока 12) формируется пилообразное напряжение для управления генератором 1 качающейся частоты, На второмвыходе генератора 23 вырабатываются прямоугольные импульсы (фиг.4,а) с частотой,равной частоте пилообразного напряжения, 15поступающие на выход 2 блока 12 для инициализации сброса пикового детектора 9 ина счетный вход счетчика 24. На первомвыходе последнего (третьем выходе блока12) формируются импульсы (фиг,4,6) управления двухканальными электронными коммутаторами 13 и 14, а также блокамивыборки-хранения 17 и 18, а на втором выходе (четвертом выходе блока 12) формируется а-разрядный двоичный код (2 = и) 25управления электронным коммутатором 3 идешифратором 25 блока 11 индикации (нафиг. 4,в представлен младший разряд вразрядного двоичного кода управления).С генератора 1 качающейся частоты на 30первый вход интегрального перемножителя4 поступает синусоидальный сигнал качающейся частоты (фиг.4,г). Качание частотыпроисходит в диапазоне ф. Ь ткач, относительно опорной частоты 1 о, Ширина диапазона Ьткач определяется изменениемамплитуды пилообразного напряжения навходе генератора 1.На выход каждого из и каналов генератора 2 дополнительных частот подается синусоидальный сигнал с частотой (фиг.4,д),разность которой с опорной частотой 1 о генератора качающейся частоты равна однойиз и информационных частот Ь 1 (фиг.4,е),т.е, частот, вблизи которых наблюдаются АЭ 45или УРК. Эти сигналы через и-канальныйэлектронный коммутатор 3, управляемый лтразрядным кодом с блока 12 управления;поступают на второй вход интегральногоперемножителя 4, Напряжение на выходе 50интегрального перемножителя равноОвых =2 КЬОкач = 2 кОо(зп(2 тя) з 1 п4Р,7 т 1(о ф Ькач,а частота выходного сигнала определится извыражения 55зп(2 лсад зп(2 фо + Ь 1 качН= - (созе12ЛД - о + йан)1 - аз 2 тй(р+ 1 о + Яка)ф,где 1 - коэффициент, зависящий от параметров схемы включения перемножителя (5),О = Ооз 1 п 2 лтОд - напряжение на первомвыходе интегрального перемножителя 4;Окач = Оозп 2 л фо -ф Ь Ткач) - напряжение на втором входе интегрального перемножителя 4;1 - время.Сигнал с выхода перемножителя 4, частота которого равна сумме частоты генератора 1 качающейся частоты и одной изчастот генератора 2 дополнительных частотЬо + Ь ткач+ 1 сл, промодулированный разностью этих частот о + Ь ткач - оси, поступаетна фильтр 5, где высокочастотная составляющая колебаний. фильтруется и сигнал навыходе фильтра 5 имеет частотыаых = Ь.5Ь ткач близкУЮ к ОДИОЙ из инфОРмационных частот Ь (фиг.4,е), .Например, если на входы интегрального перемножителя 4 поступают сигнал с частотой 1 о й Ь ткач генератора 1 качающейсячастоты, равной 300+5 кГц и сигнал однойиз и дополнительных частот 1 оь равное 275кГц, то на выходе перемножителя 4 будетсигнал с частотой 575+5 кГц, промодулированный частотой 25+5 КГц. В фильтре 5 происходит выделение инФормационнойчастоты Ь 1, равной 25+5 кГц,Синусоидальный сигнал, частота которого близка к одной из л информационныхчастот, с выхода фильтра 5 поступает наинформационный вход первого 13 двухканального электронного коммутатора, который под действием импульсов (фиг,4,б) свыхода 3 блока 12 управления поочередноподключает эти сигналы к двум цепям; возбудитель 6- эталонное изделие 21 - приемник 7 и возбудитель 15 - контролируемоеизделие 22 - приемник 16 (соответственнофиг.4,ж и фиг.4,з).Сигналы с выхода первого 15 и второго16 приемников механических колебаний поочередно поступают соответственно на первый и второй информационные входывторого 14 двухканального электронногокоммутатора, управляемого синхронно спервым 13 двухканальным электроннымкоммутатором импульсами (фиг,4,б) с выхода 3 блока 12 управления, обеспечивая прохождение сигналов с приемников 7 и 16последовательно через усилитель 8 (фиг,4,и)и пиковый детектор 9 (фиг.4,к). Пиковый детектор 9 фиксирует максимальную амплитуду сигнала в диапазоне . +Ь ткачотносительно информационной частоты 1 опо каждому из и частотных каналов,Для обеспечения последующего сравнения двух сигналов, разделенных во вре 1772728 10мени, амплитудные значения напряжения сКпикового детектора 9 Оцы и Оп поступают нэ информационные входы первого 17 и второго 18 блоков выборки/хранения с эталонного и контролируемого изделий соответственно. Запись информации в блоки 17 и 18 происходит под управлением импульсов с выхода 3 блока управления, причем на управляющий вход блока 17 эти импульсы подаются через инеертор, обеспечивающий разделение во времени процесса записи в блоки 17 и 18,Уровень максимальной амплитуды Оов или Оа эталонного 21 и контролиру,эемого 22 изделий фиксируется в блоках 17, 18 последовательно по каждому из и частотных каналов (фиг.4,л и 4.м). Сигналы с выхода первого 17 блока выборки/хранения, снятые с эталонного 20 иэделия, поступают на вход блока 19 формирования ограничений, В этом блоке формируются уровни напряжения + Ь О относительно сигнала Оощ, задающие допустимое несоответствие по амплитуде спектров сигналое эталонного и контролируемого изделий. Ка первый выход блока 19 формирования ограничений подается сигнал Ощп + ЬОв, а нэ второй Оцв" Ь Ов (фиг.4. н),Сигналы с первого и второго выхода блока 19 поступают соответственно на первый и второй входы двухуровневого кЪмпаратора 10 и определяют соответственно верхний и нижний порои его срабатывания фиг.4,о),С выхода второго блока 18 выборки/хранения напряжение, соответствующее максимальным амплитудам сигнала Ов на 1-й информационной частоте для контролируемого изделия 22, поступает на третий вход компаратора 10, Если величина этого напряжения больше Оа+ ЬО или меньше Оэ - ЬОп, компаратор срабатывает и формирует на выходе строб фиг,4,п). Этот сигнал поступает на вход дешифратора 25 блока 11 индикации, который, в соответствии с управляющим кодом с блока 12 управления, выставляет на одном иэ и выходов уровень напряжения, равный входному. При положительном перепаде напряжения на 1-м выходе дешифратора 1-й триггер и- канального блока 26 триггеров устанавливается в состояние логической "1", что обуславливает свечение соответствующего светодиодного индикатора на световом табло 27, фиксируя последовательно по каждому из и-частотных каналов несоответствие уровней сигналов АЭ или УРК в эталонном30 35 45 . выход которого соединен с информационными входами первого и второго блоков вы 5 10 20 25 и контролируемом изделиях при заданном диапазоне ограничений.Управление переключением первого 13 и второго 14 электронных коммутаторов и сбросом сигнала на информационных входах первого 17 и второго 18 блоков хранения-выборки осуществляется блоком управления 12 за счет изменения младшего разряда кода управления (фиг.4,б и 4 бв).Использование предлагаемого устройства для контроля качества изделий по сравнению с прототипом позволяет повыситьдостоверность контроля качества и расширить класс контролируемых изделий. Формула изобретения Устройство для контроля качества изделий, содержащее генератор качающейся частоты, первые излучатель и приемник механических колебаний, последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор и блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено последовательно соединенными и-канальным генератором дополнительных частот, и-канальным коммутатором, интегральным перемножителем, фильтром и первым двухканальным коммутатором, вторыми излучателями и приемником механических колебаний. вторым двухканальным коммутатором, первым и вторым блоками выборки-хранения, блоком формирования ограничений, инвертором, компаратором и блском управления, второй вход интегрального перемножителя соединен с выходом генератора качающейся частоты, первый и второй выходы первого двухканального коммутатора соединены соответственно с первым и вторым излучателями механических колебаний, выходы переогр и второго приемников механических колебаний соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго двухканального коммутатора,борки-хранения через последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор, выход первого блока выборки-хранения соединен с блоком формирования ограничений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, выход второго блока выборки-хранения соединен с третьим входом компаратора, выход которого соединен с блоком индикации, первый выход блока управления подключен к управляющему входу генератора качающейся частоты. второй выход - к входу сброса пикового детектора, третий выход - купраеляющим входам1772728 0 первого и второго двухканальных коммутаторов, к управляющему входу второго блока выборки-хранения и через инвертор - к управляющему входу первого блока выборкихранения, а четвертый выход - к управляющему входу п-канального коммутатора,1772728 Юи Составитель Л.КондрыкинскаяТехред М;Моргентал Корректор Н,КорольУ кто аказ 3843 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035. Москва, Ж, РауНТ СССР этельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производствен 1/(8)и Ф,ец Анп) В Подписноетениям и открытиям кая наб 4/5