Ультразвуковой способ определения толщины пленочных изделий

 

Изобретение позволяет осуществлять измерение толщины пленочных материалов с высокой точностью. Целью изобретения является повышение точности измерения. Создают опорный и измерительный электроакустические каналы. Вводят контролируемое изделие между излучателем и приемником измерительного канала, принимают прошедшие контролируемое изделие акустические колебания ц определяют соотношение амплитуд принимаемых и излуча емых акустических колебаний. Измеряют также разность фаз колебаний опорного и измерительного каналов. Толщину контролируемого изделия определяют из выражения h (arctgijl-w2 /W)- Л If c /2«T, где W - соотношение амплитуд прошедших ролируемое изделие и излучаемых колебаний; &q - разность фаз колебаний опорного и измерительного канзлоь, вызванная введением контролируемого изделия; с - скорость распространения акустических колебаний в воздухе; f - частота акустических колебаний. Для увеличения амплитуды прошедших контролируемое изделие акустических колебаний их частоту выбирают из соотношения f 0,01(c0/h махс), где с0 - скорость распространения акустических колебаний в материале контролируемого изделия; h макс максимально возможная толщина контролируемого изделия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. о (Л ел со ел

СООЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G 01 В 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

jlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР е (46) 30.04.93, Бюл. Ь," 16 (21) 4397166/28 (22) 25.03.88 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) 6.A.Ñêðèïíèê, Н.И.Бражников и В.Г.Здоренко

i (Щ Авторское свидетельство СССР

fP 627697, кл. G 01 В 17/02, 1971.

Авторское свидетельство СССР

И 1422798, кл. G 01 В 17/02, 16.02.87. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОЧНЫХ ИЗДЕЛИИ (57) Изобретение позволяет осуществлять измерение толщины пленочных ма" териалов с высокой точностью. Целью изобретения является повышение точности измерения. Создают опорный и измерительный электроакустические каналы. Вводят контролируемое изделие между излучателем и приемником, измерительного канала, принимают прошедшие контролируемое изделие акустические колебания определяют соот"

Изобретение относится к измери° тельной технике и может быть исполь" зовано для бесконтактного измерения и контроля толщины пленочных матери" алов.

Целью изобретения является повыше" ние точности измерения толщины пленочных материалов за счет исключения влияния физико-механических характеристик материала иэделия на результат измерения, а также исключения дифракционных искажений акустических колебаний, „„80„„1535139 А.1

2 ношение амплитуд принимаемых и иэлу" чаемых акустических колебаний. Измеряют также разность фаз колебаний опорного и измерительного каналов.

Толщину контролируемого изделия определяют иэ выражения h

= (((arctg 1-и/д)-0tg)c}/25f., где wсоотношение амплитуд прошедших конт ролируемое изделие и излучаемых коле-баний; q - разность фаз колеба ний опорного и измерительного каналов, вызванная введением контролируемого изделия; с - скорость распространения акустических колебаний в воздухе;

f — частота акустических колебаний.

Для увеличения амплитуды прошедших Е контролируемое иэделие акустических колебаний их частоту выбирают иэ соотношения f — 0,01(ñ,/h „,), где с„ скорость распространения. акустических колебаний в материале контролируемого изделия; h /, „ — максимально возможная толщина контролируемого изделия..

laeaL

1 з.п. ф"лы, 1 ил.

СЛ

СО

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор 1 стабильной частоты, усилитель 2 мощ- ности, излучающий 3 и приемный 4 электроакустические преобразователи измерительного канала, излучающий 5 и приемный 6 электроакустические преобразователи опорного канала, усили.,тель 7 с автоматической-регулировкой I усиления (АРУ), фазовый преобразователь 8, регулируемый фаэоврацатсль 9, 3 1535139 регулируемый аттенюатор 10, блок 11 отношения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, микроЗВИ 13, АЦП

1ч и цифровой индикатор 15.

Предлагаемый способ заключается в следУющем.

Контролируемое иэделие 16 вводят между излучателем и приемником измерительного электроакустического кана- п ла. При этом разность фаз измерительйого и опоРного (аналогичного измерительному, в акустическом канале которого находится только вОздух) элюктроакустических каналов не зависит от параметров воздушной среды (температуры, влажности) и может быть представлена в виде

hg -kb+arckg-(f Ègk,h, (I)

1 . 1

2 И 2в и где k — - k "— — " коэффициенты с с

9 с, с - скорости распространения акустических колебаний 25 в материале контролируемого иэделия и в среде гоответственно;

" плотности материала контролируе" мого изделия и среды соответственно;

Р

Рс а

" отношение акусти1 с ческих сопротивлений материала контролируемого иэделия и среды соответственно;

h " толщина контролируемого иэделия;, — частота акусти"-. ческих колебаний °

Так как окружающей средой является воздух, имеющий значительно меньшее акустическое сопротивление, чем контролируемый материал (ас,»()с), то можно считать 1/(«0g Тогда

1 50

htf kh, +srctgy(tgk«h; (2)

Амплитуда принимаемых акустических колебаний,, прошедших воздушные промежутки и контролируемое изделие, может быть представлена в виде 55 2

А А (3)

«р иН г

4совгЫ h+-(sin k h

Определяют соотношение амплитуд принимаемых и излучаемых акустических колебаний

1 и .зимнюю, (4 )

cos k h+-" sin k h о

Так как амплитуда прошедших контролируемое иэделие акустических колебаний значительно меньше амплитуды излучаемых акустических колебаний, то для ее увеличения (увеличения соотношения сигнал/помеха) с учетом того, что » 1, выбирают в1 а т 1

ИЛи

k, Ь«-. (6)

Обычно выбирают 1,1тс О, 02-, тогда

2нf

- — h<— (7) с "0 о откуда частота акустических колебаний

f » 0,01hв. (82

При выполнении выражения {5) выражения (2) и {ч) можно представить как

Ь(f=-khaacctg-ik h, (9)

1

Ы=- (10) г (1, h)г

Выразйв из выражения (10) величи1 ну рК h и ггодставив ее в выражение (9) получим

g1-g2

6P -kh+are tg- ——

W откуда 1-Иг (arcing — — — ур, с

h=- — — „-- (12)

2« f

Из выражения (12) следует, что толщина контролируемого изделия не зависит от Физико-механических характеристик материала изделия. Определение соотношения амплитуд прошедших контролируемое изделие и излучаемых акустических колебаний позволяет значительно повысить их частоту. Так, для пленочных материалов, имеющих толщину 200-400 мкм, согласно выражению (8) частота акустических колебаний не должна превышать 60-120 КГц (скорость распространения акустических колебаний в материале контролируемого изделия принята равной

2400 м/с), что почти иа два порядкя выше максимально возможной частот

1535139 в способе-прототипе. Это позволяет увеличить значение первого слагаемого - kh правой части выражения (9} также на два порядка и учитывать его при определении толщины контролируемого изделия, что позволяет исключить влияние физико-механических характеристик материала контролируемого изделия на результаты измерения. Кроме того, измерение разности фаз принимаемых колебаний опорного и измери- . тельного каналов исключает влияние непостоянства параметров воздушной среды (температуры, влажности) на результат измерения толщины, Устройство работает следующим образом.

Электрические колебания частоты f с выхода генератора 1 стабильной частоты усиливаются усилителем 2 мощности и поступают на первый электрод излучающего преобразователя 3. Излучаемые преобразователем 3 акустические колебания принимаются приемным преобразователем ч, Электрические колебания частоты E подаются также на излучающий преобразователь 5, из" лучающий акустические колебания, принимаемые приемным преобразователем 6, Колебания с выхода преобразователя 4 через усилитель 7 с АРУ подаются на первый вход фазового преобразователя 8, на второй вход которого подают" ся электрические колебания с выхода преобразователя 6 через регулируемый фаэовращатель 9. Электрические колеба ,ния, снимаемые с второго электрода преобразователя 3, амплитуда которых пропорциональна амплитуде излучаемых преобразователем 3 акустических колебаний, через регулируемый аттенюатор

10 поступают на один вход блока 11 отношения, на другой вход которого поступают электрические колебания с выхода преобразователя ч, амплитуда которых пропорциональна амплитуде принимаемых акустических колебаний.

Выходное напряжение блока 11, равное соотношению амплитуд принимаемых и излучаемых акустических колебаний, преобразуется в цифровой код при no"" мощи АЦП 12 и поступает на шину дан" ных микроЭВМ 13. выходное напряжение фазового преобразователя 8, равное разности фаэ прижимаемых акустических колебаний опорного и измерительного каналов, также преобразуется в цифро- вой код при помощи АЦП 1ч и поступает на шину данных микроЭВМ 13, кото рая производит вычисление толщины контролируемого изделия по выраже5 нию (12). С помощью цифрового индикатора 15 отображается результат вычислений — толщина h контролируемого изделия 16. В память микроЭВМ 13, в 4Hg4 констант введены частота f акустических колебаний и скорость с распростра нения акустических колебаний в воздушной среде. При отсутствии контрол руемого иэделия 16 в измерительном канале (перед началом измерений} с пс мощью регулируемого фазовращателя 9 производится уравнивание фазовых набегов в опорном и измерительном каналах (6о =-0),. а .-ри nGHLlL,è регулируемого аттенюатора 10 - уравнивани" =ам-.

20 плитуд на вход вЂ,õ блока 11 (14=17, При этом согласно выражению (12) Ь=О.

Формула изобретения

25 i . Ультразвуковой способ определения толщины пленочных изделий, за" ключающийся в излучении и приеме ульт развуковых сигналов в опорном канале, излучении и лоиеме ультразвуковых

30 сигма.лов, прошедших контролируемое и-;:е.:к::е, в, измерительном ка аде. определении соотношен;;я амг,;;-:; уд принимаемых и излучаемых коп."даний,. иэ" мерении разности фаз олеба +:й,-: оп" ределе ии толщинь;;онтрол :;>,.сны с

35 изделия с учетом измеренной разности фаз и соотношения амплитуд, о т л и" ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, опреде"

:О ляют соотношение амплитуд прошедших контролируемое изделие и излучаемых колебаний, измеряют разность фаз ко" лебаний в опорном и измерительном каналах, а толщину контролируемого

5 изделия определяют из выражеHHR

1 11г (arctg — — — — 5(g ) ° с

h- — — — — — -- ——

27й где И вЂ” соотношение амплитуд прошед50 ших контролируемое изделие и излучаемых колебаний;

Ь(- разность фаз колебаний в опорном и измерительном каналах; с - скорость распространения акустических колебаний в воздухе;

f - частота акустических колебаний.

1539 39 где се

1 мс кс

f 40,01 — а —, с

4MOkO

Составитель В.Кольцов, Редактор Л.8олкова ТехредЛ.Сердюкова Корректор С.Черни ее е ЮЮ Ф ЮЮЮ

Заказ 1970 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина,101

2. Способ no n. 1, о t л и ч а ю

nl и и с я тем, что.частоту акустических колебаний выбирают из соотно" вения

- скорость распространения акустических колебаний е материале контролируемого изделия:

- максимально возможная олцина контролируемого изделия °