Ультразвуковой дефектоскоп

0630 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 9) (1 01 И 29/1 Н У ДЕТЕЛ ВТОРСКОМ л. Р 13аучно-исслразработке довательнеразрутроля касредств ко н, Г,В. Цвей 88. 8) 4482889 1984. етельство 01 Ч 29/О(57)шающи еразру)и мето м в авма ко оля и отрасстроеульс прео тороГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ(71) Всесоюзный нский институт пошающих методов ичества материалов(56) Патент СЯА Укл. С 01 Н 29/04,Авторское свид9 411658, кл. С ЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП зобретение относится к испытаниям ультразвуков может быть использовано зированных установках дл атериалов и изделий в ма ии, энергетике и другнх Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано в автоматизированных установках для контроля материалов и изделий в машиностроении, энергетике и других отраслях промышленности.Цель изобретения - повышение достоверности и производительности контроля за счет автоматизации процесса точной непрерывной диагностики работоспособности генератора импульсов возбуждения с подключенным передающим преобразователем при любых значениях амплитуд. лях промьшленности, Цель изобретенияповышение достоверности и производительности контроля за счет автоматизации процесса точной непрерывнойдиагностики работоспособности генератора импульсов возбуждения с подключенным передающим преобразователемпри любых значениях амплитуд. Определение работоспособности последнегоосуществляется в каждом такте зондирования путем сравнения приведеннойк входу компараторов амплитуды импульсов возбуждения, которая задается кодом пЫ с программатора и можетменять я в процессе контроля с верхним 0 и нижним 1; порогами. Разностьпоследних принимается достаточной дляотстройки от возможных флуктуацийамплитуды импульсов возбуждения, несвязанных с нарушением работоспособности передающего электрического тракта. 2 ил.На фиг. 1 изображена структурнаясхема ультразвукового (УЗ) дефектоскопа; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,УЭ деектоскоп содержит последовательно электроакустически соединенные синхронизатор 1, первый формирователь 2 задержки, генератор импвозбуждения (ГИВ) 3, передающийобразователь (ПЭП) 4 и приемный преобразователь (ПЭП) 5, усилитель 6,регистратор 7, индикатор 8, второйго соединен общей магистралью с информационным входом ГИВ 3, первый компаРатор 11, последовательно соединенные блок умножения кодов (БУК) 12, первый вход которого подключен к вы, ходу блока 10 памяти, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13 и первый аттенюатор 14, последовательно соединенные второй аттенюатор 15, вход которого подключен к выходу ГИВ 3, второй компаратор 1 б,первый триггер 17, блок 18 антисовпаденийи второй триггер 19, второй вход которого подключен к выходу второго 15 формирователя 9 задержки, и третий триггер 20, первый вход которого подключен к выходу первого компаратора 11, второй - к второму входу первого триггера 17, к третьему входу второго 20 триггера 19 и к выходу синхронизатора 1, выходк первому входу индикатора 8 и второму входу блока 18 анти- совпадений, первый вход первого компаратора 11.подключен к выходу второ го аттенюатора 15, второй - к первому выходу первого аттенюатора 14, второй вход БУК 12 подключен к общей магистрали, второй выход первого аттенюатора 14 подключен к второму вхо ду второго компаратора 16, вход усилителя 6 подключен к приемному ПЭП 5, выход - к первому входу регистратора 7, а выход второго триггера 19 подключен к вторым входам регистратора 7 и индикатора 8. Позициями 21-30 обозначены выходысигналов с блоков УЗ дефектоскопа.Дефектоскоп работает следующим образом.Перед началом контроля при работе . дефектоскопа в составе автоматизированной программно-управляемой установки УЗ контроля оператор с помо-. 45щью известного программатора илиустройств ввода-вывода ЭВМ (не показаны) задает числовой код, определяющий амплитуду импульса возбуждения,Указанный код по общей магистралипоступает на информационные входы ГИВ 3 и адресные входы блока 10 паl,мяти.Известно, что любой реальныйГИВ 3 обладает ненулевым выходным соэ 5 противлением и конечным значением выходной мощности, В результате чего амплитуда импульса возбуждения на его выходе зависит от подключаемой нагрузки: линии связи, имеющей спределенные электрические параметры: емкость, индуктивность и др и преобразователя 4 (в том случае, если длина линии связи невелика), Отношение амплитуды 11 импульса возбуждения на выходе ГИВ 3 при подключенной нагрузке к амплитуде П того же импульса при холостом ходе определяется, в частности, параметрами конкретной нагрузки и не зависит от абсолютного значения амплитуды 11 холостого хода, так как приизменении значения последней и отсутствии каких-либо отказов электрические параметры нагрузки и выходные параметры ГИВ 3 не изменяются, т,е. справедлива зависимость11=КО, (1 где К - коэффициент, учитывающий работу ГИВ 3 с подключенной нагрузкой. Очевидно, что изменение параметров нагрузки например, смена типа преобразователя, разброс параметров преобразователей в пределах одного типа, изменение длины линии связи и т.п. вызывает соответствующее изменение коэффициента К, и наоборот, при неизменной нагрузке значение К постоянно для любых величин устанавливаемых амплитуд П импульсов возбуждения.В свою очередь 11 связано функциональной зависимостью со значением и числового кода амплитуды, устанавливаемым на информационном входе ГИВ 3111=рР(и) для иЯ, (2) где Р(и) - математическое выражение зависимости амплитуды импульса возбуждения от величины и; р - коэффициент пропорциональности, учитывающий переход от безразмерных математических величин к единицам напряжения, р=сози для данного ГИВ 3; М - максимально возможное значение числового кода амплитуды. Путем подстановки (2) в (1) получаем1111 =Крг (и) (3) Так, например, линейная или экспоненциальная зависимости амплитуды импульса возбуждения от устанавливаемого кода выражаются следующим образом:Н =ри в И Рсоответственно. функциональная зависимость (3 ) выполняется только в случае работоспособности каждого из блоков передающего .электрического трак30 6 516406та, включающего ГИВ 3 и передающийПЭП 4, соединенные короткой линией. связи. В случае отказа какого-либоблока или линии связи указанная Функ 5цианальная зависимость нарушается.Значение коэффициента К определяется расчетным путем или экспериментально для каждой конкретной нагрузки ипредварительно вводится операторомв числовом коде по общей магистралив БУК 12, Числовые коды амплитудыимпульса возбуждения и и каэфФициента К могут быть. введены в указанные блоки, либо последовательна двумясловами, осуществляя при этом известными способами адресацию инФармации,либо одним словом, одна часть разрядов которого определяет амплитуду,а другая-каэфФициент К. При этом ин ОФормационные входы ГИВ 3, адресныевходы блока 10 памяти и второй входБУК 12 подключаются к соответствующим разрядам общей магистрали.Во время проведения контроля синхранизатар 1 вырабатывает синхранизирующие импульсы 21, частота следования которых равна требуемой частотепосылок зондирующих импульсов в изделие. С приходом очередного синхраимпульса на вторые входы (сброся первого и третьего триггеров 17 и 20 ина третий вход (сброса) второго триггера 19 последние устанавливаются всостояние "0", Кроме того, через время 91, обеспечиваемое первым Аармирователем 2 задержки, синхроимпульс 22поступает на вход запуска ГИВ 3,в результате чего последний возбуждает передающий ПЭП 4. Импульс УЗ колебаний, излучаемый передающим ПЭП 4,проходя через изделие, отражается отразличных неоднородностей, улавливается приемным ПЭП 5 и далее, преобразованный, поступает на вход усилителя 6. В ультразвуковом дейектоскопе может быть применен один совмещенный приемопередающий преобразователь (не показан), Усиленные в усилителе 6 сигналы подаются на первыйвход регистратора 7.С выхода ГИВ 3 импульс возбуждения, амплитуда которого несет в себеинФормацию об исправности передающего электрического тракта, поступаетна вход резисторно-емкостного второго аттенюатора 15, а с его выходана первые входы идентичных первого11 и второго 16 компараторов (фиг.2,поз, 23), Постоянный каэФФициентделения второго аттенюатара 15 выбирается таким, чтобы при максимальнавозможной амплитуде сигнала, посту"пающега на ега вход, амплитуда сигнала с ега выхода не превышала максимальна допустимого значения для вхадав используемых кампараторав 11 и16. Таким образам осуществляется при:ведение амплитуды импульса возоуждения к входам кампаратарав,С другой стороны, числовой кад иамплитуды импульса возбуждения, преабразаванный, как будет показана ниже,в блоке 10 памяти и ВУК 12, поступаетна вход линейного ЦАП 13, где преобразуется в постоянное напряжениесоответствующей величины, После деления в первом аттенюатаае 14 пастаае .: -ным, например, на основе трех резца" торов К 1-К, напряжения Б и П с ега первого и второго выходов подаются на вторые входы кампаратарав 11 и 16 соответственно, причем Б)Б, КаэФФициент деления (Ч +К) /Я 1+З,фг 1 первого аттенюатора 14 для первого выхода (111) установлен таким, чта при поступлении на ега вход максимальнага уровня напряжения с ЦАП 13, напряжение Б нс превышает максимальна допустимой величины для входа первого кампаратара 1. Резистор Кэ может быть подключен, например, к "земле" либо к источнику постоянного напряжения не показан).Определение работоспособности пе- редающего электрического тракта ультразвукового дефектоскапа производит:я путем сравнения приведенной к входу кампаратарав амплитуды импульса вазбужденйя с верхним П и нижним Пб порогами Фиг.2, поз. 23). В случае превышения амплитуды импульсов возбуждения над Ц или Б на выходе первого 11 или второго 16 компаратаров соответственно устанавливается уровень логической 1, В противном случае на выходах компараторов 11 и 16 паддерж:.вается уровень "0". Относительно разность напряжении П и Б (например, в процентах) или об-ласть допустимых значений амплитуд определяется отношением величины сопротивления Йа к суммарному сопро-. тивлению. +К +К) первого аттеиоатора 14, Дпя повышения точности диа " ностики разность Би П принимает-, ся малой, но достаточной для отстрой":ки от возможных флуктуаций амплитудыимпульса возбуждения, не связанныхс нарушением работоспособности передающего электрического тракта. Очевидно, что с изменением уровня напря жения на входе первого аттенюатора 14 величина области допустимыхзначений не изменяется.Возможны три случая, 10Случай 1 (Аиг.2, поз.23) приведенная амплитуда импульса возбуждениянаходится в области допустимых значе-,ний, передающий электрический трактв работоспособном состоянии. Как было 15показано вышее, по очередному синхроимпульсу происходит сброс в состояние "0" триггеров 17,19 и 20, а черезвремя ь - запуск ГИВ 3. С выхода полследнего импульс возбуждения поступает на передающий ПЭП 4, а через второйаттенюатор 15 - на первые входы компараторов 11 и 16. Так как приведенная амплитуда импульса возбуждения превышает нижний порог, ,уровень У), номеньше верхнего (уровень П ); то на время указанного превышения на выходе второго компаратора 16 устанавливается уровень логической "1" (Лиг,2, поз. 24), который переводит первый 30 триггер 17 также в состояние "1"(Фиг,2, поз. 26) по его первому входу (установки). На выходе первого компаратора 11 поддерживается уровень "0" фиг 2, поз. 25), свидетельствующий о непревышении амплитуды импульса возбуждения верхнего порога У, в результате чего третий триггер. 20сохраняет в дальнейшем состояние 0(фи г , 2 , поз , 2 7 ) . Временной интервал 401первого формирователя 2 задержки устанавливается таким , чтобы к моменту прихода сигналов установки с выходов соо тв етствующих компар атор о вна триггеры 1 7 и 20 переходные про цес сы , связанные со сбр о сом последних по синхроимпуль су в состояние 0 были полностью завершеныТаким о б- разоМ , на первом входе блока 1 8 анти- совпадений устанавливается уровень ло гич еской " 1 " , а на втором сохраняется уровень " 0" , в результат е ч е го на его выходе устанавливается уровень логической " 1 " , поступающий далее на первый (информационный) вход второго триггера 1 9 , выполненного в виде Э-три ггера, Запись информации в . посл едкий произ водится с приходом на е го второй вход синхроимпул ь са 2 9 ,сдвинутого на времяво втором ормирователе 9 задержки, Длительностьвременного интервала выбирается, например, из условия отстройки от переходных процессов, связанных с установкой триггеров 17 и 20, а такжеблока 18 антисовпадений по выходнымсигналам соответствующих компараторов,Кроме того, длительность временногоинтерваладолжна быть достаточнав том случае, когда амплитуда импульса возбуждения достигает своегонаибольшего значения вп втором или третьем периоде, что возможно. при возбуждении передающего ПЭП 4, например,импульсом с колоколообразной огибающей, Длительность временного интервала 1, может также выбираться из усЛлония заведомого превышения последней длительности импульса возбуждения, Очевидно, что.(фиг.2,Л Лпоз,29), После установки второготриггера 19 в состояние "1" на первом и втором входах индикатора 8 присутствует логическая комбинация"0-1" соответственно, свидетельствующая об исправности передающего электрического тракта ультразвукового дефектоскопа. Б инидикаторе 8 происходит ее дешифрация известными методами и индикация работоспособного состояния. для оператора, Кроме того,уровень логической 1" поступает навторой вход регистратора 7, разрешая,например, запись и обработку информации о дефектах и других неоднородностях контролируемого иэделия, принятойприемным ПЭП 5 в данном такте и усиленной в усилителе 6, В регистраторепроизводится выделение контролируемойзоны,. определение размеров дефектов,глубин их залегания и т.д,Случай 11, Приведенная амплитудаимпульса возбуждения не превышаетни один из заданных порогов фиг.2,поз, 23), передающий электрическийтракт неработоспособен, В этом случае ни один из компараторов 1 и 6в данном такте не изменяет своего состояния на противоположное (фиг.2,поз. 24 и 25), На выходах первого 17и третьего 20 триггеров, где предварительно сброшены синхроимпульсы всостояние"0", а также выходе блока 18 антисовпадений сохраняетсяуровень "0" (фиг,2, поэ, 26-28),и с приходом импульса 29 записи навторой триггер 19 последний остает 16406 ся в состоянии "О" ( Аиг,2, поз, 30).В индикаторе 8 происходит дешифрация логической комбинации "О-О", присутствующей в рассматриваемом случае на его входах, и индикация оператору неработоспособного состояния, например "амплитуда импульса возбуждения меньше необходимой", Уровень "0" с выхода второго триггера 19 подается также на второи вход регистратора 7, запрещая запись и обработку последующей информации как недостоверной, а в автоматизированных установках ультразвукового контроля указанный сигнал может поступать и на исполнительное устройство (не показано), приостанавливающее сканирование контролируемого изделия до устранения неисправности передающего электрического 20 тракта. Случай 111, Приведенная амплитуда импульса возбуждения превышает верхний порог (Фиг.2, поз,23, 111), пе редающий электрический тракт находится в неработоспособном состоянии, В .этом случае с приходом импульса возбуждения повышенной амплитуды в данном такте каждый из компараторов 11 и 16 устанавливается в состояние " на все время превышения соответствующего порога (Фиг.2 , поз, 24 и 25), Это приводит к установке триггеров 17 и 20 в состояние "1" (фиг.2, поз, 26 и 27), В результате присутствия на обоих входах блока 18 антисовпадений логической комбинации "1 - 1" на выходе последчего сохраняется состояние "О" (фиг,2, поз. 28) и с приходом им 40 пульса 29 записи второй триггер 19 не изменяет своего состояния "0", в которое он был сброшен синхроимпульсом в начале данного такта. На входах индикатора Я присутствует логическая комбинация "1 - О" (первый вход- "1", второй вход - "0"), также свидетельствующая о неисправности передающего электрического тракта, В индикаторе 8 происходит ее, дешиФрация и индикация для оператора, например ф 1 "амплитуда импульса возбуждения больше необходимой". Кроме того, уровень "0" на втором входе регистратора 7 запрещает запись и обработку принимае,мой ПЭП 5 информации как недостоверной, а в автоматизированных установках приостанавливает также и сканирование изделия,О10.Блок 10 памяти выполнен, например, в виде программируемой логической матрицы иа основе микросхем постоянных или перепрограммируемых запоминающих устройств и реализует следующую зависимость выходного кода Ь от величины входного кода и:Ь=Р(п) для п 4 Я, (4) Иными словами, в ячейке блока 10 памяти с адресом, равным и, содержится значение Ь в соответствии с (4), а сам блок 10 памяти является цифровым эквивалентом ГИВ 3, так как зависимости значений числового кода Ь на выходе первого и амплитуд импульса возбуждения на выходе второго от подаваемого кода и совпадают, Преобразование 4 ) необходимо для обеспечения одного закона изменения (линейного, экспоненциального или др.) приведенной амплитуды импульса возбуждения и уровня напряжения с выхода ЦАП 13 с соответствующими ему порогами П, и П, БУК 12 производит умножение числового кода Ь на предварительно введенный числовой код коэффициента К для учета отличия приведенной амплитуды импульса возбуждения при работе ГИВ 3 на нагрузку передающий ПЭП 4, подключенный короткой линией связи) от соответствующей амплитуды того же импульса на холостом ходу т.е. для учета зависимости (1. Таким образом, совокупность блока 10 памяти и БУК 12 позволяет получить зависимость уровня напряжения с выхода ЦАП 13, подобную зависимости (3) амплитуды импульсы возбуждения от параметров передающего электрического тракта (коэффициента К) и величины числового кода и.Блок 10 памяти и БУК 12 могут быть объединены в один блок преобразователя кода не показан). В этом случае в его ячейках хранятся не только коды Ь, преобразованные в соответствии с (4), но также и их произведения для всех пай на коэффициенты К, предварительно определенные для всех используемых вариантов и сочетаний передающих ПЭП и линий связи, Преобра зователь кода может быгь построен в виде двумерной матрицы ЧМИ (где И- Число вариантов, для которых вычисле ны коздйициенты К). Во время работы дефектоскопа при поступлении на ад ресные входы указанного блока кодов и и К, сОответствующих выбранному164063 варианту, иэ ячейки, находящейся на пересечении, например, и-й строки и К-го столбца, считывается новое преобразованное значение числового кода, которое поступает далее на ЫЛ 13.При необходимости в процессе контроля на информационные входы ГИВ 3 и адресные входы блока 10 памяти подается новое значение числового кода амплитуды, В результате, при неизменных параметрах нагрузки (т.е. при К=сопзС), на выходе ГИВ 3 произойдет1изменение амплитуды импульса возбуж 5 дения в соответствии с (3). Аналогично изменяется и приведенная амплитуда импульса на выходе второго аттенюатора 15, Одновременно блок 10 памяти устанавливает новое значение 1 числового кода в соответствии с (4), которое перемножается в БУК 12 с ранее введенным и не изменяемым в данном случае кодом К и преобразуется далее с помощью ЦАП 13 в уровень 25 напряжения такой величины, что при полной исправности передающего электрического тракта ультразвукового деЬектоскопа изменившаяся приведенная амплитуда импульса возбуждения вновь окажется в области допустимых значений т.е. в пределах от Б до Ы, очем будет произведена индикация оператору индикатором 8, В противном случае произойдат индикация неработоспособного состояния и регистратор 7 прекратит обработку кнформа- .сии фЕсли же при неизменном числовом коаде п.амплитуды импульса возбуждения ГИВ 3 производится замена, например, типа передающего ПЭП или используется линия связи с другими параметрами, то на второй вход БУК 12 подается в виде числового кода новое значение коэффициента К, которое перемножается далее с неизменяемым в данном случае значением числового кода Ь таким образом, что приведенная амплитуда импульса возбуждения вновь окажется в области допустимых значений.Автоматическая перенастройка устанавливаемых порогов сравнения (области допустимых значений) в случае программного изменения амплитуды импуль 55 са возбуждения или изменения параметров передающего электрического тракта дефектоскопа (например, замена передающего ПЭП, линии связи) позволяет 0 12исключить трудоемкие ручные операциипо перенастройке и связанные с этимзатраты времени, что сказывается весьма ощутимо в многоканальных установках и повышает производительностьультразвукового контроля. Указанноесвойство приобретает особое значениепри использовании дейектоскопа в составе автоматизированных программноуправляемых установок ультразвуковогоконтроля, В этом случае при контроле,например, изделий сложной формы, композитных, при послойном контроле требуется изменение амплитуды импульсавозбуждения по специальной программевплоть до каждого такта. Точная перестройка порогов сравнения, производимая автоматически без участия оператора синхронно с.любым программнымизменением амплитуды импульса возбуждения, значительно повышает какпроизводительность, так и достоверность ультразвукового контроля. Таким образом, ультразвуковой дефектоскоп позволяет повысить достоверность ультразвукового контроля за счет непрерывной точной диагностики амплитуды импульса возбуждения, а также прекращения обработки и регистрации недостоверной информации и немедленной автоматической индикации в случае отказа какого-либо из блоков передающего электрического тракта. Повышение достоверности диагностики и производительности ультразвукового контроля достигается также за счет отстройки от возможных малых флуктуаций амплитуды импульса возбуждения, не связанных с нарушением исправности указанного тракта,и предотвращения ложных срабатываний индикатора. В этом случае отпадает необходимость приостановки процесса ультразвукового контроля для поиска Фактически не существующей неисправнос-. ти. Повышение производительности контроля достигается также тем, что диагностика передающего электрического тракта производится в каждом такте работы дейектоскопа, за счет чего отпадает необходимость в периодической приостановке процесса ультразвукового контроля для проверок работоспособности, а наглядная индикация позволяет определить возможный характер повреждения и сократить днапазон его поиска, чем уменьшается время ремон 1 б 40 б 30та, а также повышается в целом производительность контроля.Ф о р м у л а изобретенияУльтразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, первый формирователь задержки, генератор импульсов возбуждения, передающий и приемный преобразователи, усилитель, регистратор, индикатор, второй Аормирователь задержки, вход которого подключен к выходу синхронизатора, блок памяти, вход которого .соединен общей магистралью с информационным входом генератора импульсов возбуждения, и первый компаратор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, . с целью повышения достоверности и производительности контроля, он снабжен последовательно соединенными блоком умножения кодов, первый вход которого подключен к выходу блока памяти, цифроаналоговым преобразователем и первым аттенюатором, последовательно соединенными вторым аттенюатором, вход которого подключен к выходу генератора импульсов возбуждения, вторым компаратором, первым триггером, блоком антисовпадений и вто 5рым триггером, второй вход которогоподключен к выходу второго формирователя задержки, и третьим триггером,первый вход которого подключен квыходу первого компаратора, второй -к второму входу первого триггера, ктретьему входу второго триггера и квыходу синхронизатора, выход - к первому входу индикатора и второму входу блока антисовпадений, первый входпервого компаратора подключен к выходу второго аттенюатора, второй -к первому выходу первого аттенюатора, второй вход блока умножения кодов подключен к общей магистрали,второй выход первого аттенюатора подключен х второму входу второго компаратора, вход усилителя подключенк приемному преобраэователю, выход -к первому входу регистратора, а вы 25 ход,второго триггера подключен к вторым входам регистратора и индикатора,1 б 40 б 30 Составитель В, БелозеровСавина Техред Л,Олийнык Коррект кто Пож ГКНТ ССС о и тия Ж, Р од, ул. Гагарин изводственно-издательский. комбинат "Патент",Заказ 1263ВНИИПИ Гасу Тираж 400 ственного комите 113035, Москва