Ультразвуковая толщинометрия

При  толщине  плоских  изделий  более  20 мм  рекомендуется обеспечивать прижим преобразователя к поверхности. [6]

Измерения  толщины  стенок  труб  особенно  просты,  так  как  не надо  определенным  образом  ориентировать  преобразователь относительно образующей  трубы. Не обязательно  также  покачивать преобразователь на трубе, ища минимальное измеренное  значение. Достаточно  поставить  преобразователь  приблизительно  серединой рабочей  поверхности  на  образующую  трубы.  Смазку  желательно выбрать густую, например вазелин или литол.

При  измерениях  толщины  иделий  с  двояковыпуклой поверхностью  следует  обеспечивать  точку  контакта  изделия  с центром рабочей поверхности преобразователя.

На  изделиях  с  грубой  или  шероховатой  поверхностью совмещенный преобразователь имеет преимущества по сравнению с РС  преобразователем.  Совмещенный  преобразователь  допускает сканирование  по  поверхности  даже  при  грубых  поверхностях  и  при наличии  остатков  абразивных  частиц. Это  может  понадобиться  при поиске  мест  утонений.  При  подобном  режиме  рекомендуется использовать  более  текучие  контактные  жидкости,  например, минеральное моторное масло. [4]

Во  всех  случаях  после  появления  на  индикаторе  показаний следует подождать 1–2 секунды для оценки их стабильности. После чего,  не  отрывая  преобразователь от  поверхности  ОК,  считать результат измерения с экрана прибора либо сохранить его в память.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТОЛЩИНОМЕРА

 

2.1 Эталонирование  чувствительности ультразвукового  контроля

 

В условиях массового контроля серийной продукции особое значение приобретают надежность и воспроизводимость результатов контроля, а также их объективность. Чтобы исключить влияние субъективных факторов на результаты ультразвукового контроля, необходимо создавать стандартные условия контроля. Одним из существенных моментов стандартизации контроля является настройка чувствительности по эталонам. Под чувствительностью ультразвукового метода понимается минимальная площадь отражателя, расположенного в однородной среде на определенном расстоянии от точки ввода УЗК в плоскости, перпендикулярной направлению прозвучивания, и уверенно регистрируемого индикатором прибора. Под точкой ввода УЗК подразумевается точка падения центрального луча пучка УЗК на поверхность изделия. Чувствительность метода зависит от характеристики контролируемого материала, акустического контакта изделия с искательной головкой, а также от электрических и акустических параметров прибора.

Приступая к контролю изделий, толщиномер необходимо настроить на определенную чувствительность, позволяющую выявить недопустимые по техническим условиям дефекты. Настройка на заданную чувствительность осуществляется по специальным эталонным образцам, имеющим различные контрольные отражатели (искусственные дефекты). При выборе эталонов важно знать, насколько выбранные контрольные отражатели полно имитируют естественные дефекты. Известно, что амплитуды эхо-сигналов, отраженных от естественного дефекта и контрольного отражателя, расположенных на одинаковой глубине залегания в одном и том же материале, имеющих равные площади и ориентированных перпендикулярно оси пьезоэлемента, неодинаковы. Амплитуда эхо-сигнала от естественного дефекта будет меньше, так как его отражающая поверхность в ряде случаев имеет кривизну, неровности и значительную шероховатость, которые способствуют диффузному отражению УЗК. Это приводит к уменьшению энергии УЗК, отраженной в направлении головки.

Существенным недостатком этого устройства является высокая чувствительность к дефектам контактной поверхности раздельно-совмещенных ультразвуковых преобразователей, вследствие чего уже при небольших сколах внутренних граней протектора или незначительном износе звукоизолирующей прокладки из-за появления мешающих сигналов в ближней зоне приходится снижать общую и без того невысокую чувствительность прибора и контроль даже средних толщин становится затруднительным, что также объясняется излишней чувствительностью в ближней зоне у низкочастотных датчиков. В результате никакие объекты не контролируются этим толщиномером достаточно эффективно - при использовании высокочастотных датчиков чувствительность прибора недостаточна на малых толщинах из-за недостаточного усиления, а при использовании низкочастотных датчиков из-за чрезмерной чувствительности в ближней зоне порог дискриминации приходится повышать, в результате чего плохо контролируются изделия большой толщины или выполненные из материалов с сильным рассеянием ультразвука.

 

2.2 Стандартные  образцы для ультразвукового  толщиномера

 

2.2.1 Комплект ультразвуковых стандартных образцов толщины КУСОТ-180

 

Комплект ультразвуковых стандартных образцов толщины КУСОТ-180 предназначен для аттестации и первичной проверки на заводах-изготовителях ультразвуковых толщиномеров, работающих в  диапазоне толщин 0,2..300 мм по стали, 1..300 мм по дюралюминию и 1..100 мм по латуни, а также для периодической поверки таких толщиномеров. Комплект включает в себя образцы в количестве 122 шт., объединенные в 7 наборов, каждый набор упакован в кейс.

 

 

Рисунок 4 – Комплект КУСОТ-180

 

Комплект КУСОТ-180 проходит Государственную метрологическую аттестацию в Республике Белорусь.

 

Таблица 2 – Состав комплекта КУСОТ-180

Артикул	№ набора	Наименование набора	Материал образцов	Перечень образцов толщины, мм
130001	Набор №1	Стандартные образцы толщины плоскопараллельные	Латунь Л63	1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 12; 15; 18; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 75; 90; 100.
130002	Набор №2	Стандартные образцы толщины плоскопараллельные	Сплав Д16	1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 12; 15; 18; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 75; 90; 100.
130003	Набор №3	Стандартные образцы толщины плоскопараллельные	Сталь 40Х13	0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 12; 15; 18; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 75; 90; 100.
130400	Набор №4	Стандартные образцы толщины плоскопараллельные	Сталь 40Х13   Сплав Д16	200; 300; 200; 300.
130005	Набор №5	Стандартные образцы толщины шероховатые	Сталь 40Х13	1,5-Rz10; 1,5-Rz40; 1,5-Rz80; 1,5-Rz160;3-Rz40; 3-Rz80; 3-Rz160; 3-Rz320; 30-Rz10; 30-Rz40; 30-Rz80; 30-Rz160; 100-Rz40; 100-Rz80; 100-Rz160; 100-Rz320.
130006	Набор №6	Стандартные образцы толщины криволинейные	Сталь 40Х13	1-R10; 2-R10; 3-R10;1-R20; 2-R20; 3-R20;1-R30; 2-R30; 3-R30;1С (3 шт.); 2С (3 шт.); 3С (3 шт.)
130007	Набор №7	Стандартные образцы толщины непараллельные	Сталь 40Х13	0,15 – 6,85 (1º); 0,15 – 19,85 (3º); 0,15 – 60 (10º); 0,15 – 100 (15º);92 – 100 (10º); 137 – 150 (15º);142 – 150 (10º).

 

2.2.2 Образец «ступенька»

 

Стандартные образцы толщины для оперативной настройки ультразвуковых толщиномеров, согласно ОСТ 5Р.5550-85, ПНАЭ Г-7-031-91, РД РОСЭК-006-97.

• Образец «Ступенька» №1 (ОС-1) (арт. 8601)

Толщины ступеней: 0,4 мм; 0,5 мм; 0,6 мм; 0,7 мм; 0,9 мм; 1,2 мм; 1,5 мм.

• Образец «Ступенька» №2 (ОС-2) (арт. 8602)

Толщины ступеней: 1 мм; 2 мм; 5 мм; 7 мм; 10 мм; 12 мм; 15 мм.

• Образец «Ступенька» №3 (ОС-3) (арт. 8603)

Толщины ступеней: 10 мм; 20 мм; 40 мм; 60 мм; 80 мм; 100 мм.

 

 

Рисунок 5 – Образец «ступенька»

 

 Примечания:

• по требованию заказчика образцы «Ступенька» могут быть изготовлены из сталей марок Ст.20, Ст.3, 09Г2С, 12Х18Н10Т, 40Х13, а также алюминиевого сплава Д16. Изготовление образцов из сталей других марок производится при условии предоставления материала заказчиком;
• по договоренности возможно изготовление образцов «Ступенька» с любым количеством и толщинами ступеней;
• образцы «Ступенька» проходят метрологическую аттестацию по требованию заказчика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТОЛЩИНОМЕРА

 

 

Рассмотрим структурную схему прибора, изображённую на рисунке 6.

 

 

 

МП – микропроцессор; ГЗИ – генератор зондирующих импульсов; ИВИ – измеритель временных интервалов; ГОЧ – генератор опорной частоты, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

Рисунок 6 – Структурная схема ультразвукового толщиномера

 

 

Центральным звеном прибора является микропроцессор (МП), на который возложены большинство функций управления другими устройствами и проведение вычислений. Режим работы микропроцессора задаётся оператором с кнопочной клавиатуры. Состояние микропроцессора, результаты вычислений выводятся на индикатор.

 Микропроцессор даёт  команду на формирование запускающего  импульса в генератор зондирующих импульсов (ГЗИ) и одновременно запускается измеритель временных интервалов (ИВИ).

ГЗИ в свою очередь формирует зондирующий импульс, который поступает на излучающую пьезопластину первичного измерительного преобразователя. Донный эхосигнал от приёмного пьезоэлемента поступает на вход усилителя. Принятый измерительным преобразователем эхо-импульс усиливается, и после амплитудной и временной селекции нормализованный эхоимпульс поступает на измеритель временных интервалов.

 Амплитудная селекция  и формирование нормализованного  импульса, «привязанного» к характерной точке принятого сигнала, осуществляется с помощью компаратора и ЦАП, управляемого микропроцессором. Временная селекция эхоимпульса выполняется на временном селекторе с использованием схемы задержки, управляемой также от микропроцессора. Закон управления схемой задержки и ЦАП определяется микропроцессором в соответствии с введенными с панели управления параметрами ВРЧ (временная регулировка чувствительности) – максимальное значение и скорость спада уровня амплитудного ограничения. Измерение временных интервалов и формирование управляемой задержки осуществляется с помощью генератора опорной частоты (ГОЧ). Измеренный в ИВИ временной интервал считывается микропроцессором для выполнения обработки результатов измерения и формирования выходной информации [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

В ходе выполнения курсовой работы был произведен анализ литературных данных, а именно: рассмотрены физические основы ультразвуковой толщинометрии; рассмотрен толщиномер , его различные виды, сфера применения; из представленных толщиномеров для подробного изучения был выбран ультразвуковой; выполнена классификация ультразвукового толщиномера.

Показана процедура оценки чувствительности ультразвуковой толщинометрии. Рассмотрены стандартные контрольные образцы толщины для оперативной настройки ультразвуковых толщиномеров: комплект КУСОТ-180 и образец «ступенька».

Составлена и подробно рассмотрена структурная схема ультразвукового толщиномера.

Можно сказать, что ультразвуковая толщинометрия является высокоточным, мобильным и высокоэффективным методом исследования, исключающим традиционные погрешности.

Основными преимуществами ультразвуковой толщинометрии являются большая производительность и высокая точность измерений в широком диапазоне толщин, возможность контроля изделий из различных металлических и неметаллических материалов, а к недостаткам можно отнести то, что требуются сложная и дорогостоящая аппаратура, высокая квалификация оператораторов.

При  рассмотрении  ультразвукового толщиномера  А1208  можно сделать выводы: толщиномер такой структуры более эффективен, поскольку позволяет поддерживать чувствительность к сигналам, создаваемых изделиями разных толщин, примерно постоянной; большой, информативный, контрастный TFT дисплей обеспечивает комфортную работу даже на ярком солнце; надежный корпус из ударопрочного пластика; главная особенность толщиномера  А1208 состоит в том, что он может работать как с раздельно-совмещенными, так и с совмещенными преобразователями, что значительно расширяет спектр решаемых им задач.