Оценку качества поверхности изде­лий с помощью ультразвука можно осу­ществлять на основе использования раз­личных эффектов. К изложенному ниже перечню можно добавить способ с ис­пользованием нелинейной акустики (см. разд. 1.5.2)

Скорость и затухание волн Рэлея.

Затухание поверхностных волн тем боль­ше, чем больше шероховатость и чем ост­рее гребни и впадины неровностей, ос­тающихся после механообработки. Таким образом, измеряя ослабление рэлеевских волн на некотором участке поверхности ОК, можно связать его со степенью шеро­ховатости.

Скорость распространения поверхно­стных волн уменьшается с увеличением шероховатости поверхности. На рис. 6.31 показана зависимость частоты автоцирку­ляции прибора ИСП-12, рассмотренного в разд. 7.1 [223], которая обратно пропор­циональна скорости, от шероховатости ме­ханически обработанной поверхности. Час­тота автоциркуляции убывает по закону, близкому к экспоненциальному, что соот­ветствует уменьшению скорости.

Причина увеличения времени рас­пространения поверхностных волн воз­можно связана с увеличением их пути при огибании неровностей поверхности, в ча­стности при огибании впадин.

Изменение акустического контакта пьезопреобразователя с изделием, связан­ное с высотой неровностей, приводит к изменению входного акустического импе­данса поверхности изделия, коэффициента преобразования и передачи ультразвука от преобразователя к изделию. Шерохова­тость измеряют по смещению резонансной

частоты пьезопреобразователя, которая зависит от импеданса; по изменению эхо - сигнала от определенного отражателя, например донного сигнала. Опорным сиг­налом здесь может служить уровень структурных шумов, который мало зави­сит от качества акустического контакта (см. разд. 2.2.3.4).

Коэффициент отражения от границы твердотельной задержки, показанной на рис. 1.14, б, с ОК зависит от качества по­верхности ОК, поэтому, измеряя величину

из формул (1.9), можно связать эту вели­чину со степенью шероховатости поверх­ности ОК.

Отражение от поверхности ультра­звуковых волн, падающих из жидкой или газообразной среды. Если неровности по­верхности носят нерегулярный характер, то наблюдается рассеянное отражение. При регулярном характере неровностей, шаг которых соизмерим с длиной волны, происходит дифракция ультразвуковых волн. В обоих случаях происходит умень­шение амплитуды сигнала, соответст­вующего геометрическому отражению лучей, что удобно использовать для изме­рения степени шероховатости поверхно­сти. В качестве среды, в которой распро­страняется ультразвук, используют воду или воздух, например, при контроле не­ровности дорожных покрытий.

6)

Эффективность ЭМА-преобразова-

ния зависит от расстояния между возбуж­дающей катушкой и ОК, таким образом амплитуда сигнала, возникающего при ЭМА-преобразовании, может служить индикатором неровности поверхности [424, докл. 7.30]. Для приема возбужден­ного сигнала использован пьезопреобра­зователь. Экспериментальный датчик обеспечивает измерение чистоты обработ­ки поверхности в пределах от 8 до 40 мкм с погрешностью 2 мкм и в пределах 30 ... 150 мкм с погрешностью ± 6 мкм.

Датчик шероховатости и волнисто­сти. Ультразвуковые приборы для изме­рения шероховатости поверхностей, осно­
ванные на рассмотренных выше эффектах, пока не выпускаются. Однако реализован и выпускается ЦНИИТМАШ, разработан­ный В. Г. Щербинским [350] датчик шеро­ховатости и волнистости поверхности (ДШВ). Устройство датчика автор не рас­крывает.

Датчик по внешнему виду похож на прямой преобразователь и подключается к универсальному импульсному дефекто­скопу или к специализированному прибо­ру. Ранее о нем неоднократно упомина­лось в связи с проблемой компенсации различного качества поверхностей ОК и образца для настройки чувствительности. Донный сигнал при измерениях не ис­пользуется. Контактной жидкости не требуется, но если поверхность ОК по­крыта жидкостью, то поверхность срав­ниваемого с ним образца должна быть покрыта той же жидкостью. Недопустимо применение контактной жидкости на во­дяной основе, поэтому, если такая жид­кость используется при контроле, измере­ния надо вести по сухой поверхности.

Эффективность работы ДШВ под­тверждает рис. 6.32, на котором показана зависимость амплитуды сигнала датчика в дБ от неровностей стохастической и меха­нически обработанной (регулярной) по­верхностей. За опорный уровень принят сигнал, полученный при установке датчи­ка на поверхность ввода СО-2 или других образцов с Rz = 0,25 мкм. Для стохастиче­ских поверхностей, полученных абразив­ной или пескоструйной обработкой, при­веден высотный параметр неровностей, выраженный через Rz в мкм. Механиче­ская обработка была выполнена фрезеро­ванием и строганием. Затем поверхность метрологически аттестовывалась. Для стохастической и регулярной поверхно­стей показания датчика отличаются при­близительно на 4 дБ.

Как отмечалось ранее, основное на­значение ДШВ - компенсации различного качества поверхностей ОК и образца для настройки чувствительности дефектоско­

па. Для удобства решения этой задачи по­строены номограммы перевода показаний датчика в цифру (в дБ), соответствующую значению необходимой коррекции чувст­вительности. Номограммы построены для различных типов пьезоэлектрических пре­образователей, выпускаемых в России и за рубежом.