УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ МЕМБРАННЫХ КОРОБОК

Предлагаемое в качестве полезной модели устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для оценки герметичности мембранных коробок в процессе их изготовления.
Известна система для проверки герметичности мембранных коробок, содержащая устройство для заполнения мембранной коробки гелием и течеискатель (Проверка герметичности изделий. ОСТ 180221-75).
Основным недостатком данной системы является то, что оценка герметичности проводится на финишной операции технологического процесса производства мембранных коробок. Другими словами, оценке герметичности с помощью данной системы подвергаются все изготовляемые мембранные коробки. При этом перед проверкой на герметичность мембранная коробка проходит две операции: вырезка отверстия и припаивание в это место штуцера. Причем отмеченные операции проходят коробки как качественным, так и некачественным соединением мембран. Отсюда возникают непроизводительные временные и экономические затраты.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является опто-электронное устройство оценки герметичности мембранных коробок, содержащее голографическую систему для формирования интерференционных полос, фотопреобразователь в виде телевизионной камеры, блок управления режимами голографирования и электронно-вычислительную машину (Стандартизация и голография. М., ВНИИМС, 1979, вып.38. Сажин С.Г. Контроль герметичности с помощью голографической интерферометрии, с.38.).
Особенностью работы данного устройства является то, что к штуцеру мембранной коробки через тройник присоединяется камера с эластичной мембраной, и этот узел заполняется гелием. Изготавливается голограмма эластичной мембраны, после чего изменяют количество гелия в узле, одновременно освещают эластичную мембрану и голограмму и наблюдают за сформированной интерференционной картиной с помощью телевизионной камеры. По изменению интерференционной картины в течение принятого времени измерения судят о герметичности мембранной коробки.
Недостаток данного устройства состоит в необходимости формирования отверстия в мембране и припаивании штуцера как в годных, так и в заведомо бракованных мембранных коробках. Отсюда возникают непроизводительные временные и экономические затраты.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является более ранняя диагностика и снижение затрат на операцию контроля мембранных коробок.
Достигается это за счет того, что фотопреобразователь выполнен в виде линейки дискретных электрически изолированных фотоприемников, число которых равно заданному числу интерференционных полос. Фотопреобразователь электрически связан с блоком индикации через блок формирования и блок счета, при этом выход блока индикации электрически соединен с блоком управления. Кроме того, устройство снабжено узлом электромеханического нагружения, электрически связанного с блоком управления, а также снабжено электрически соединенными электронным счетчиком времени, блоком подключения и микропроцессором, причем входы электронного счетчика времени и блока подключения электрически соединены с выходами блока управления.
На чертеже приведена блок-схема устройства, где:
1 - схеме голографирования
2 - лазер
3 - фотозатвор
4 - зеркало
5 - делитель света
6 - зеркало
7 - зеркало
8 - расширитель луча
9 - расширитель луча
10 - мембранная коробка
11 - фотопластинка
12 - узел электромеханического нагружения
13 - увеличитель масштаба изображения
14 - фотоприемники
15 - дискретный фотопреобразователь
16 - усилители
17 - управляемые инверторы
18 - блок формирователей электрических импульсов
19 - индикаторы младших разрядов
20 - блок индикации
21 - блок счета
22 - элемент НЕ
23 - элемент И
24 - элемент И
25 - реверсивный счетчик
26 - индикатор старшего разряда
27 - блок управления
28 - электронные часы
29 - блок подключения
30 - микро-процессор
Устройство содержит оптическую схему голографирования 1 для формирования интерференционных полос, которая состоит из лазера 2, фотозатвора 3, зеркала 4, делителя света 5, делящего луч на два, из которых формируются предметный тракт, включающий зеркало 6, расширитель луча 9 и мембранную коробку 10, и опорный тракт, состоящий из зеркала 7, расширителя луча 8 и фотопластинки 11, а также узел электромеханического нагружения 12, увеличитель масштаба изображения 13, дискретный фотопреобразователь 15, выполненный в виде линейки электрически изолированных фотоприемников 14, блок формирователей электрических импульсов 18, содержащий усилители 16 и управляемые инверторы 17, блок индикации 20, содержащий индикаторы 19 младших разрядов 19 и индикатор старшего разряда 26, блок счета 21, содержащий элемент НЕ 22, два элемента И 23 и 24 и реверсивный счетчик 25, блок управления 27, электронные часы 28, блок подключения 29 и микро-процессор 30.
На выходе оптической схемы голографирования 1 установлены последовательно на одной оптической оси увеличитель масштаба изображения 13, дискретный фотопреобразователь 15, выход каждого фотоприемника 14 фотопреобразователя 15 электрически связан со входом соответствующего усилителя 16, выход каждого усилителя 16 электрически связан со входом соответствующего управляемого инвертора 17, к выходам которых подключен индикатор младших разрядов, выход первого управляемого инвертора соединен с первым входом элементов И 23 и 24, выход последнего управляемого инвертора соединен со вторым входом первого элемента И 23 и через элемент НЕ 22 - со вторым входом второго элемента И 24, выходы элементов 23 и 24 электрически соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика 25, выходы которого соединены со входами индикатора 26 старшего разряда, а выход младшего разряда реверсивного счетчика 25 соединен с управляющими входами управляемых инверторов 17, выход индикатора 26 старшего разряда электрически связан с блоком 27 управления, который в свою очередь электрически связан со входом электронных часов 28 и блоком 29 подключения, вход которого электрически связан с электронными часами 28, а выход - с микропроцессором 30.
Принцип действия предлагаемого опто-электронного устройства для оценки герметичности мембранных коробок состоит в следующем. Сначала синтезируется голограмма исходного, т.е. ненагруженного, состояния мембранной коробки 10. Для этого в блок 27 управления вводится информация о чувствительности фотопластинки 11 и отражающей способности материала мембранной коробки. В блоке 27 определяется время экспозиции фотопластинки. По команде из блока 27 открывается фотозатвор 3 и по истечении времени экспонирования фотозатвор закрывается. После фотохимической обработки полученная голограмма возвращается на прежнее место и начинается процесс контроля герметичности мембранной коробки. С этой целью по команде из блока 27 подается возрастающее напряжение на приспособление 12 электромеханического нагружения мембранной коробки. В результате взаимодействия отраженной от мембранной коробки волны света с восстановленной из голограммы 11 волной будет формироваться интерференционная картина, которая представляет собой набор концентрических колец.
Интерференционная картина после прохождения через увеличитель 13 изображения, величина которого выбирается из учета согласования размера ширины интерференционной полосы с размером фотоприемника, проекцируется на приемную часть фотопреобразователя 15. Фотопреобразователь выполнен в виде линейки дискретных электрически изолированных фотоприемников 14, каждый из которых подключен ко входу соответствующего усилителя 16. Число фотоприемников должно быть равно числу интерференционных полос, а линейка должна быть расположена в направлении радиуса относительно центра мембранной коробки. Сигналы с выхода усилителей соответствуют состоянию ″0″. Кроме того, в исходном состоянии реверсивный счетчик устанавливается в нулевое положение, которому соответствует нулевое значение индикатора старшего разряда. Нулевое положение реверсивного счетчика 25 соответствует передаче неинвертированного сигнала через управляемые инверторы 17. Состояние ″0″ передается и на индикатор 19 младших разрядов. При смещении мембраны происходит движение полос интерференционной картины, направление которого определяет знак, а число интерференционных полос, прошедших через приемную часть фотопреобразователя - величину смещения мембраны.
При нагружении мембранной коробки последовательно засвечиваются фото-приемники от 1-го до n-го и соответственно последовательно переходят в состояние ″1″ усилители 16 и управляемые инверторы 17, и на индикаторе 20 последовательно фиксируется цифры 1, 2, 3…. При засветке всех n фотоприемников 14 все усилители 16 и управляемые инверторы 17 находятся в состоянии ″1″. Это приводит к появлению ″0″ на выходе элемента И 23 и занесению ″1″ в реверсивный счетчик 25. В свою очередь переход реверсивного счетчика в нечетное состояние приводит к изменению сигнала на входе управляемых инверторов 17 и переходу их и индикатора 19 младших разрядов в состояние ″0″. В результате регистрируется ″1″ на индикаторе 15 старшего разряда. Дальнейшее смещение мембраны приводит к последовательному затемнению фотоприемников и тем самым к переводу усилителей 16 из состояния ″1″ в состояние ″0″ и управляемых инверторов 17 из состояния ″0″ в состояние ″1″. Данные состояния последовательно регистрируются на индикаторе 19 младших разрядов и при затемнении n-го фотоприемника происходит заполнение индикатора 19 младших разрядов, срабатывает элемент И 23, реверсивный счетчик 25, и на индикаторе 26 старшего разряда добавляется единица. При этом состояние управляемых инверторов 17 изменяется на обратное, т.е. они переходят из состояния ″1″ в состояние ″0″, и на индикаторе 19 младших разрядов устанавливается нулевое состояние. Дальнейший счет полос происходит аналогичным образом. По заполнению последнего разряда, который определяется заданным числом интерференционных полос, индикатора 26 старших разрядов с него поступает сигнал на блок 27 управления. По этому сигналу прекращается нарастание напряжения, подаваемого на узел электромеханического нагружения 12, и засекается электронный счетчик времени 28.
При наличии течи в мембранной коробке происходит обратное движение интерференционных полос. В результате после состояния ″0″ всех управляемых инверторов 17 в состояние ″1″ сначала переходит n-ый управляемый инвертор (в отличие от предыдущего случая, когда в состояние ″1″ переходит сначала первый управляемый инвертор).
Так как одновременно на выходе n-го управляемого инвертора и на выходе элемента И 23 имеется ″1″, а на выходе инвертора 17 ″0″, то в этом случае срабатывает элемент И 24 и на выход реверсивного счетчика 25 попадает сигнал, приводящий к уменьшению числа в индикаторе 26 старших разрядов на одну единицу. Данное обстоятельство приводит к тому, что из блока 27 подается сигнал на остановку электронного счетчика времени 28 и подключение к нему микропроцессора 30 через блок 29.
Микропроцессор (с помощью формулы, приведенной ниже) осуществляет обработку результатов измерения при определенном времени контроля и принимает решение об отнесении мембранной коробки в одну из категорий: годная или брак. При этом микропроцеоссор определяет суммарный диаметр отверстий d течи согласно аналитической зависимости (Шанин В.И. Оценка герметичности мембранных коробок с помощью голографической интерферометрии. Дефектоскопия, 1995, №10, с.69-73.)
Где:
d - диаметр течи;
N - исходное число интерференционных полос;
S - площадь внутренней поверхности мембранной коробки;
l - средняя длина пробега молекулы воздуха при данной температуре;
R - универсальная газовая постоянная;
T - термодинамическая температура;
M - молярная масса воздуха;
t - время измерения с электронного счетчика времени.
Применение предлагаемого устройства для проверки герметичности мембранных коробок позволяет на ранних стадиях диагностики выявить до 80% бракованных изделий и, тем самым, в полтора раза сократить затраты на операцию контроля мембранных коробок.