Объекты исследования, оборудование и материалы. 3.1. Объектами исследования являются:
3.1. Объектами исследования являются:
- деталь типа металлического бруска со скрытым отверстием, которое играет роль дефекта и ось которого параллельна плоскости ввода УЗК (ультразвуковых колебаний);
- соединение двух деталей, в одной из которых (крышке) имеется углубление, скрытое от наблюдателя.
Чертежи деталей приведены в бланке отчета.
3.2. Оборудование и принадлежности: ультразвуковой дефектоскоп УСД-50 с комплектом первичных преобразователей (искательных головок); стандартные образцы СО-1 и СО-2 для настройки дефектоскопа на заданную чувствительность.
3.3. Материалы: контактный гель.
Дефектоскоп УСД-50
В данной работе используется ультразвуковой дефектоскоп УСД-50. Дефектоскоп предназначен для контроля продукции на наличие дефектов и однородности различных материалов, полуфабрикатов, готовых изделий и сварных соединений, для измерения глубины и координат залегания дефектов, измерения толщины изделий и скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале, с использованием пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), работающих на частотах от 0,5 до 15 МГц. Диапазон скоростей распространения продольных волн УЗК от 1000 до 9999 м/с; диапазон измеряемых временных интервалов от 0 до 1000 мкс, что соответствует толщине контролируемого материала (при скорости УЗК 6000 м/с) 6000 мм теневым методом и 3000 мм эхо-методом.
На рис.8 показана блок-схема дефектоскопа. Генератор радиоимпульсов вырабатывает радиоимпульс, который подается на пьезоэлемент датчика. В датчике происходит преобразование электрических колебаний в механические ультразвуковой частоты. Импульс УЗК, отраженный от противоположной поверхности изделия или от дефекта, принимается датчиком в режиме приема, и преобразуется в электрические колебания, принятый сигнал усиливается, после чего преобразуется в цифровую форму с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), обрабатывается микропроцессором и в графическом и цифровом виде отображается на индикаторе. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) переводит принятый сигнал в аналоговую форму, после чего принятый аналоговый сигнал направляется в усилитель для сравнения с входным сигналом и минимизации погрешности.
Рис.8. Функциональная блок-схема дефектоскопа УСД-50
Вид прибора спереди с указанием клавиш показан на рис.9
Рис. 9. Внешний вид дефектоскопа УСД-50
Управление дефектоскопом организовано через систему меню. Все функции прибора разбиты на группы (меню) и, в зависимости от выбранной группы, пользователь получает доступ к различным функциям (часть функций вынесена в дополнительное меню, доступное с помощью клавиши 
). Дефектоскоп может находиться в двух режимах – выбора функции(курсор на названии меню и названии функции) и изменения значения параметра(курсор появляется также и на значении параметра функции); причем в каждом меню обязательно присутствует параметр «усиление», обеспечивающий регулировку усиления приемного тракта от 0 до 110 дБ, с шагом 0,5; 1; 2 и 6 дБ.
Особый интерес представляет параметр главного меню «Измерение». Он включает 4 функции: величина, время, импульс, образец.
Функция «величина» позволяет выбрать измеряемую величину, например, "H, %" – измерение амплитуды сигнала в процентах относительно высоты экрана, "S, mm" – измерение глубины и координат залегания дефектов или толщины объекта контроля по лучу, "V, m/s" – измерение скорости распространения УЗК в образце заданной толщины.
Функция «время» позволяет выбрать способ определения времени прихода сигнала в зоне контроля: "по пику", т.е. по положению максимального сигнала в зоне контроля; или "по фронту", т.е. по первому пересечению сигнала с порогом срабатывания (на экране – с горизонтальной линией развертки).
Функция «импульс» позволяет выбрать способ измерения временного интервала при измерении глубины или скорости УЗК, например, от нуля до сигнала в зоне контроля.
Функция «образец» позволяет выбрать толщину изделия для определения скорости УЗК, а также истинного значения глубины залегания дефекта/толщины при контроле наклонным ПЭП.
Измерение временных интервалов является базовой функцией при измерении толщины, глубин, координат залегания дефектов - "S, mm", и при измерении скорости УЗК в образце - "V, m/s". Дефектоскоп позволяет измерять время распространения сигналов в диапазоне до 1000 мкс с дискретностью от 0,003 мкс, в зависимости от выбранного частотного диапазона. Глубина залегания дефекта по лучу рассчитывается как S = T * V, м/с, а скорость распространения УЗК рассчитывается как V = O / T,
где V, м/с – установленная скорость УЗК;
О – толщина образца;
Т – время распространения УЗК
Задание на работу
5.1. Для детали типа бруска необходимо определить высоту по донному импульсу и глубину расположения отверстия по импульсу, отраженному от дефекта;
5.2. В соединении двух деталей определить толщину крышки в месте углубления и расположение этого элемента относительно торца крышки.
Порядок выполнения работы
6.1.Подключение и настройка преобразователя.
В данной работе используется преобразователь прямого типа из комплекта прибора, работающий в совмещенном режиме. Выбранный преобразователь подсоединяется к дефектоскопу; далее выполняются нижеследующие этапы настройки:
Шаг 1. В главном меню с помощью кнопок перемещения по меню выбираем пункт ДАТЧИК, а с помощью кнопок выбора функции – параметры «совм. режим», «угол ввода 0». Для входа в режим изменения параметра и выхода из него нажимаем кнопку 
. Расположение и назначение кнопок показаны на рис.9.
Шаг 2. В главном меню выбираем пункт ТРАКТ и параметр «полоса», нажимая кнопки выбора функции. Нажимаем кнопку для входа в режим изменения данного параметра.
Шаг 3. Устанавливаем значение полосы частот с помощью кнопок «изменение значения функции» (рис.9). Чем больше выбранный диапазон частот, тем выше точность измерений, но тем меньше производительность контроля. Поскольку в данном случае производительность контроля не является решающим фактором, то рекомендуется установить значение 15 МГц. При этом преобразователь будет в любом случае работать в собственном диапазоне частот, зависящем от используемого пьезоэлемента.
Выходим из режима изменения параметра.
6.2. Установка основных параметров.
Шаг 1. В главном меню выбираем пункт ОСНОВНЫЕ и параметр «скорость».
Шаг.2. С помощью кнопки входим в дополнительное меню и выбираем значение скорости в стали 5950 м/с.
Выходим из дополнительного меню.
Шаг 3. В главном меню выбираем пункт ОСНОВНЫЕ, и параметр «развертка».
Шаг 4. Входим в режим изменения параметра и устанавливаем значение развертки 95…96 мм.
Выходим из режима изменения параметра.
Шаг 5. В главном меню выбираем пункт ОСНОВНЫЕ, и параметр «задержка» (используется для регулировки вида экрана).
Шаг 6. Входим в режим изменения параметра и устанавливаем значение задержки, равное 0 мкс.
Выходим из режима изменения параметра.
Шаг 7. В главном меню выбираем пункт ОСНОВНЫЕ, и параметр «отсечка» (используется для отсечки сигнала ниже уровня, заданного в % от высоты экрана, т.е. для устранения шумов).
Шаг 8. Входим в режим изменения параметра и выбираем процент отсечки 5%.
Выходим из режима изменения параметра.
6.3. Установка положения зоны контроля.
Шаг 1. В главном меню выбираем пункт А-ЗОНА, и параметр «а-начало» (примерная начальная граница зоны контроля).
Шаг 2. Входим в режим изменения параметра и устанавливаем значение 12 мм.
Выходим из режима изменения параметра.
Шаг 3. В главном меню выбираем пункт А-ЗОНА, и параметр «а-ширина».
Шаг 4. Входим в режим изменения параметра и устанавливаем ширину а-зоны 80 мм.
Выходим из режима изменения параметра.
Внимание!Зондирующий импульс должен располагаться вне зоны контроля.
Шаг 5. В главном меню выбираем пункт А-ЗОНА, и параметр «а-порог».
Шаг 6. Входим в режим изменения параметра и устанавливаем высоту порога 20% высоты экрана.
Выходим из режима изменения параметра.
6.4. Выбор способа измерения координат.
Шаг 1. В главном меню выбираем пункт ИЗМЕРЕНИЕ, и параметр «величина».
Шаг 2. Входим в режим изменения параметра и выбираем "S, mm" – измерение глубины и координат залегания дефектов или толщины объекта контроля.
Выходим из режима изменения параметра.
Шаг 3. В главном меню выбираем пункт ИЗМЕРЕНИЕ, и параметр «время».
Шаг 4. Входим в режим изменения параметра и выбираем способ определения времени прихода сигнала в зоне контроля по пику.
Выходим из режима изменения параметра.
Шаг 5. В главном меню выбираем пункт ИЗМЕРЕНИЕ, и параметр «импульс».
Шаг 6. Входим в режим изменения параметра и выбираем способ измерения временного интервала при измерении глубины от нуля до сигнала в зоне контроля а.
Выходим из режима изменения параметра.
6.5Настройка на заданную чувствительность производится по контрольному образцу СО-2. Перемещая искательную головку по поверхности к образца (на поверхности должен быть нанесен слой контактной смазки), следует добиться максимального сигнала от искусственного дефекта (отверстия Æ6). При этом не должны наблюдаться ложные сигналы. Рекомендованное начальное значение усиления 15-18 дб. Регулировка чувствительности производится изменением параметра «Усиление» (кнопка «db» на рис.9). Для смены шага изменения усиления следует нажать кнопку в режиме измерения параметра.
Замечание. Настройки дефектоскопа могут быть сохранены в его памяти. Для этого следует воспользоваться пунктом главного меню НАСТРОЙКИ и параметр «сохранить настройку». В режиме сохранения настроек в отображенном списке вводится имя настройки, например, «01».
Для загрузки настройки из памяти в пункте меню НАСТРОЙКИ выбирается параметр «загрузить настройку»; необходимая настройка выбирается из списка.
6.6.Поиск дефектов и измерение толщины детали.
Преобразователь устанавливают на поверхности контролируемых деталей (п.5) со слоем контактной смазки. Сведения о координатах дефектов и о толщине образцов, отображенные в левом верхнем углу дисплея (рис.9), заносят в бланк отчета (п.7).
Повторно толщину детали следует измерить с помощью штангенциркуля и сравнить полученные результаты.
Контрольные вопросы
1.Что представляют собой акустические волны?
2. Какие физические эффекты используются для возбуждения акустических колебаний?
3. В чем заключается эхо-импульсный метод контроля? Как определяется глубина залегания дефекта (толщина детали)?
4. Поясните функционирование дефектоскопа УСД-50, пользуясь функциональной
5. блок-схемой
Список литературы
1. Выборнов Б.И. Ультразвуковая дефектоскопия. М., «Металлургия», 1994. 240 с.
2. Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. Под ред. Г.С.Самойловича. М., «Машиностроение», 2008 г.
3. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. ГОСТ 14782-86.
Содержание отчета
| Параметры настроек | Глубина залегания дефекта, мм | Толщина детали, мм | Толщина по шт.- цирк., мм |
| Тип датчика Полоса частот Основные параметры: - скорость ультразвука - развертка - задержка - отсечка Зона контроля: - а-начало - а-ширина - а-порог Измерение: - величина - время - импульс Усиление |  |  | |
 |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе № 4
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ.
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ПРИБОРАМИ, ОСНОВАННЫМИ
НА ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКОМ ПРЕОБРАЗОВАНИИ
Цель и задачи работы
- изучение основных законов геометрической оптики на примере конкретных оптических схем;
- изучение оптико-механических схем вертикального оптиметра и оптического длиномера;
- измерение действительного размера концевой меры длины;
- измерение отклонений от сферичности пробки шарового крана.
Теоретические положения
Геометрической оптикой называю часть оптики, в которой изучаются законы распространения света в прозрачных средах на основе представления о нем, как о совокупности световых лучей. Под лучом понимают линию, вдоль которой переносится энергия электромагнитной волны. В геометрической оптике волновая природа света не учитывается, поэтому область ее применимости определяется условием:
где d - линейные размеры препятствия, на котором происходит дифракция света,
l-расстояние от препятствия до экрана, где проводится наблюдение,
l- длина световой волны.
Опыт показывает, что в геометрической оптике выполняется закон независимости световых лучей: это означает, что прохождение светового луча через заданную область пространства не зависит от того, заполнена эта область светом других лучей или нет. Закон независимости световых лучей справедлив только в линейных и однородных средах. Согласно электромагнитной теории света таким средам соответствуют слабые поля, то есть поля, напряженность которых мала по сравнению с напряженностями внутриатомных и внутримолекулярных полей, достигающими 107...108 В/см. В сильных полях с напряженностями, равными или большими этих значений, наблюдаются так называемые нелинейные явления, при которых нарушается закон независимости световых лучей.
Опыт показывает также, что в оптически однородной (прозрачной) среде свет распространяется по прямым линиям. Доказательством этого закона служит образование тени с резкими границами от источника, размеры которого значительно меньше размеров препятствия, отбрасывающего тень. Такой источник света можно считать точечным.
На границе раздела двух сред часть световой энергии возвращается в первую среду с отраженным светом; если вторая среда прозрачна, то свет частично проходит через нее, также меняя направление своего распространения. Эти явления подчиняются известным законам отражения и преломления.
Применение оптики в измерительной технике позволяет создавать приборы с высокими метрологическими показателями и обеспечивает возможность осуществления бесконтактных измерений.
Измерительные средства с оптико-механическим преобразованием представляют собой средства измерения, в которых при решении измерительной задачи главную функцию выполняют комплексы оптических и механических элементов: объективы, окуляры, призмы, зеркала и передвигающие их рычаги, стержни, направляющие и т. п. Все оптические элементы соединяются направляемыми потоками лучей, несущими в себе измерительную информацию о детали.
В этих измерительных приборах используются следующие свойства оптических систем:
а) способность создавать действительные и мнимые увеличенные изображения объектов измерения и шкал с помощью линзовых систем.
б) пропорциональность углов поворота зеркала и отраженных от него лучей: угол между падающим и отраженным лучом увеличивается на 2a, где a - угол поворота зеркала (т.н. приборы с оптическим рычагом).
К оптическим измерительным приборам относятся оптиметры, проекторы, микроскопы, автоколлиматоры, оптические длиномеры. Широкая область применения этих приборов делает их необходимыми для измерительных лабораторий машиностроительных заводов.