СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к области неразрушающего ультразвукового контроля, а именно к системам для обнаружения дефектов в материалах и изделиях и определения характеристик обнаруженных дефектов.
Известна система автоматизированного ультразвукового контроля, состоящая из блока системного, содержащего модуль аналого-цифровой, соединенный с компьютером; блока управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей, содержащего модуль управления блоком управления двухкоординатным устройством перемещения и два модуля управления шаговым двигателем; двухкоординатного устройства перемещения пьезоэлектрических преобразователей, содержащего коммутатор, предварительный регулируемый усилитель, модуль управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей и два шаговых двигателя; пьезоэлектрических преобразователей; модуль аналого-цифровой содержит программируемую логическую схему, соединенную с регулируемым усилителем и через формирователь зондирующего сигнала, с коммутатором; буферную память типа FIFO, соединенную с программируемой логической схемой; ко входу программируемой логической схемы подключен аналого-цифровой преобразователь, ко входу которого через регулируемый усилитель подключен предварительный регулируемый усилитель, соединенный через коммутатор с пьезоэлектрическими преобразователями; программируемая логическая схема через приемо-передатчик подключена к модулю управления блока управления двухкоординатным устройством перемещения, который соединен с шаговым двигателем через модуль управления шаговым двигателем и с шаговым двигателем через модуль управления шаговым двигателем; блок системный соединен с блоком управления двухкоординатным устройством перемещения и двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей, которое соединено с блоком управления двухкоординатным устройством перемещения и с преобразователями; модуль управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей соединен с приемо-передатчиком, предварительным регулируемым усилителем и коммутатором (см. Тихонов Д.С., Штерн A.M., Ромашкин С.В., Гордеев Ю.Л., Рубен Е.А. Пятое поколение систем автоматизированного ультразвукового контроля Авгур» // Неразрушающий контроль и диагностика: тезисы докладов XVII Российской научно-технической конференции 5-11 сентября 2005. Екатеринбург, 2005 г. С.92.).
К недостаткам системы следует отнести низкую производительность контроля, ограниченные характеристики приемо-передающего тракта.
Предложена система автоматизированного ультразвукового контроля, блок схема которой приведена на фигуре 1.
Как видно из фигуры 1, система автоматизированного ультразвукового контроля, состоит из блока системного 1, содержащего модуль аналого-цифровой 2, соединенный с компьютером 3, содержащий USB шину 4; блока управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей 5, содержащего модуль управления блоком управления двухкоординатным устройством перемещения 6 и два модуля управления шаговым двигателем 7, 8; двухкоординатного устройства перемещения пьезоэлектрических преобразователей 9, содержащего коммутатор 10, предварительный регулируемый усилитель 11, модуль управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей 12 и два шаговых двигателя 13 и 14; пьезоэлектрических преобразователей 15; модуль аналого-цифровой 2 содержит программируемую логическую схему 16, соединенную с регулируемым усилителем 17 и через формирователь зондирующего сигнала 18, с коммутатором 10; контроллер USB интерфейса 19, выполненный на базе микроконтроллера, соединенный с программируемой логической схемой 16 и USB шиной 4 компьютера 3; буферную память типа FIFO 20, соединенную с программируемой логической схемой 16; ко входу программируемой логической схемы 16 подключен аналого-цифровой преобразователь 21, ко входу которого через регулируемый усилитель 17 подключен предварительный регулируемый усилитель 11, соединенный через коммутатор 10 с пьезоэлектрическими преобразователями 15; программируемая логическая схема 16 через приемо-передатчик 22 подключена к модулю управления блока управления двухкоординатным устройством перемещения 6, который соединен с шаговым двигателем 13 через модуль управления шаговым двигателем 7 и с шаговым двигателем 14 через модуль управления шаговым двигателем 8; блок системный 1 соединен с блоком управления двухкоординатным устройством перемещения 5 и двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей 9, которое соединено с блоком управления двухкоординатным устройством перемещения 5 и с преобразователями 15; модуль управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей 12 соединен с приемо-передатчиком 22, предварительным регулируемым усилителем 11 и коммутатором 10.
Преимущество полезной модели состоит в увеличении производительности автоматизированного ультразвукового контроля за счет использования для передачи зарегистрированных эхо-сигналов в компьютер USB шины 4 и контроллера USB интерфейса 19, выполненный на базе микроконтроллера.
Блок схема контроллера USB 19 приведена на фигуре 2.
Как видно из фигуры 2, контроллер USB 19, состоит из приемопередатчика USB 23, соединенного с сериальным интерфейсным преобразователем 24, который соединен через конечные точки USB 25, 26, 27 с конфигурируемой памятью FIFO 28, 29, 30, а через нее с шинным мультиплексором 31; микроконтроллера 32, соединенного с флэш памятью 33, конечными точками USB 25, 26, 27, блоки памяти FIFO 28, 29, 30 и шинным мультиплексором 31.
Работа системы осуществляется следующим образом, на компьютере 3, входящем в состав блока системного 1 выполняется программа, выполняющая настройку всей системы, сбор и хранение эхосигналов от пьезоэлектрических преобразователей 15, а также обработку данных, позволяющую определять параметры обнаруженных дефектов.
На корпусе блока системного 1 находится кнопка включения питания, разъемы подачи питания от электрической сети и для подключения блока управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей 5 и двухкоординатного устройства перемещения пьезоэлектрических преобразователей 9.
Модуль аналого-цифровой 2, входящий в состав блока системного 1, выполняет формирование зондирующего сигнала, формирование команд для блока управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей 5 и двухкоординатного устройства перемещения пьезоэлектрических преобразователей 9, усиление эхосигналов, преобразование полученных эхосигналов в цифровую форму, цифровую обработку и запоминание в буферной памяти типа FIFO 20 для последующей передачи данных в компьютер 3, а также прием и передачу команд и данных по интерфейсу USB через USB шину 4.
Программируемая логическая схема 16, обеспечивает с помощью контроллера USB 19 обмен данными с персональным компьютером 3, передает команды управления в формирователь зондирующего сигнала 18 и через приемо-передатчик 22 в модуль управления блока управления двухкоординатным устройством перемещения 6, обеспечивает работу формирователя зондирующего сигнала 18, а также синхронизацию работы всей системы. Аналого-цифровой преобразователь 21 выполняет преобразование усиленных в 17 эхосигналов принятых коммутатором 10 через предварительный регулируемый усилитель 11 из аналоговой формы в цифровую форму и передачу их в программируемую логическую схему 16 для последующей обработки.
Блок управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей 5 по командам от модуля аналого-цифрового 2 выполняет управление движением двухкоординатного устройства перемещения пьезоэлектрических преобразователей 9, формируя команды управления шаговым двигателем 13 через модуль управления шаговым двигателем 7 и шаговым двигателем 14 через модуль управления шаговым двигателем 8. Модули управления шаговыми двигателями 7 и 8 вырабатывают программно управляемые сигналы, необходимые для работы шаговых двигателей 13 и 14.
Устройство перемещения пьезоэлектрических преобразователей 5 представляет собой позиционирующий сканер с двумя приводами (на чертеже не показаны) управляемыми шаговыми двигателями 13 и 14, которые выполняют перемещение пьезоэлектрических преобразователей 15 по поверхности объекта контроля. Пьезоэлектрические преобразователи подключены к коммутатору 10, который по командам от модуля управления двухкоординатным устройством перемещения пьезоэлектрических преобразователей 12 по заданной в блоке системном 1 программе выполняет последовательное подключение пьезоэлектрических преобразователей 15, ко входу регулируемому широкополосному усилителю 11. Коммутатор 10 обеспечивает совмещенный и раздельный режимы работы пьезоэлектрических преобразователей 15, а также подключение выхода формирователя зондирующего сигнала 18 к пьезоэлектрическим преобразователям 15.
Работа контроллера USB осуществляется следующим образом, после включения питания, микроконтроллер 32 загружает в свою память микропрограмму из флешь памяти 33 и начинает ее выполнять, конфигурирует конечные точки USB 25, 26, 27, конфигурирует память FIFO, разбивая ее на блоки 28, 29, 30, соединяет ее с конечными точками и шинным мультиплексором 31, конфигурирует шинный мультиплексор. Приемо-передатчик USB 23 преобразует уровни сигналов шины USB в уровни цифровой логики. Сериальный интерфейсный преобразователь 24 преобразует сериальный интерфейс протокола USB в параллельный интерфейс и обратно и в соответствии с этим протоколом записывает или считывает данные из конечных точек USB. Шинный мультиплексор 31 предназначен для коммутации путей прохождения данных от трех конечных точек USB к одной шине. Блоки памяти FIFO 28, 29, 30 предназначены для буферизации - временного хранения данных поступающих или выходящих в конечные точки USB.
Технический эффект от предложенной полезной модели заключается в сокращении времени проведения автоматизированного ультразвукового контроля, что подтверждено протоколом №1/13 от 15.02.2013 года измерения скорости проведения автоматизированного ультразвукового контроля системой автоматизированного ультразвукового контроля (наименование системы в соответствии с наименованием заявителя АВГУР-Т) и системой АВГУР 5.2.