CN104880375A - 一种涂层磨损控制装置及其应用仪器 - Google Patents

一种涂层磨损控制装置及其应用仪器 Download PDF

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曾德长
赵升升
周晟昊
张友生
王铁钢
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Abstract

本发明公开了一种涂层磨损控制装置及其应用仪器，包括一球磨装置，用于研磨表面带涂层的样片；一交流电机，用于驱动球磨装置的动作；一电机驱动系统，用于控制交流电机的运转；一控制模块，用于触发电机驱动系统的工作；一涡流传感系统，用于检测样片表面的磁场信号并以检测结果作为控制信号反馈给控制模块，以供控制模块输出触发信号给电机驱动系统。本发明涂层磨损控制装置利用涡流探测技术对样片的涂层进行磨损检测，在涂层被磨穿、裸露出基体表面时，检测到磁场的信号突变，即可判定涂层恰好磨穿，以此控制球磨装置停止研磨样片涂层，这样得到的样片可以得到最佳的涂层可测面积，从而在测量涂层厚度时得到精确的结果。

Description

一种涂层磨损控制装置及其应用仪器
技术领域
本发明涉及测试仪器，尤其是一种涂层磨损控制装置及其应用仪器。
背景技术
如图1，为球坑仪的示意图，球坑仪测涂层厚度（1微米以上），是通过钢球10摩擦涂层表面，将涂层20磨穿，露出基体30，如图2所示，钢球磨穿涂层的状态图，由于摩擦钢球10表面为球冠，相应的受摩擦的涂层20和基体30成为内凹的球形表面，人们根据几何关系和相关公式，可以简单的计算得到涂层的厚度，即t=（b2-a2）/8R,其中，t为涂层厚度，R为钢球半径，b为涂层磨损后球坑的口径，a为基体磨损后球坑的口径。这个实施过程中，由于涂层材质的差异，磨损力度的不同，以及在对磨钢球和涂层间施加的研磨膏多少的差异，都会导致涂层磨损的大小不一致，同一个涂层，磨损后，都出现磨损得多了，或磨损得少了的问题。
不难理解，为了增加涂层的可测面积（b~a之间的圆环涂层面积），最好是磨到基体刚刚裸露，此时，涂层可测面积越大，相应的测得的厚度精度更高。
但是，如何控制磨损过程，使之恰好在涂层被磨穿后不久，就停止研磨，这个问题，始终没有得到解决。大家基本是通过经验，控制磨损时间来实现的，这种方法，并不可靠，主要是因为，每次磨损时需要在钢球和涂层间添加金刚石研磨膏，研磨膏的多少又增加了一个不可控因素，所以，最终导致了，每次得到的球坑磨后的涂层样品，又是大的，小的，不一致。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于涡流传感实现精确测量的涂层磨损控制装置。
本发明采用的技术方案是：
一种涂层磨损控制装置，包括
一球磨装置，用于研磨表面带涂层的样片；
一交流电机，用于驱动球磨装置的动作；
一电机驱动系统，用于控制交流电机的运转；
一控制模块，用于触发电机驱动系统的工作；
一涡流传感系统，用于检测样片表面的磁场信号并以检测结果作为控制信号反馈给控制模块，以供控制模块输出触发信号给电机驱动系统。
优选的实施例之一，所述控制模块为单片机控制系统；所述涡流传感系统包括顺次连接的涡流线圈、信号检出电路、信号调理模块、AD转换器，以及输出端与信号检出电路连接的高频震动器，该高频震动器带有第一驱动电源，涡流线圈用于检测样片表面的磁场信号，AD转换器输出经转换后的数字控制信号给所述单片机控制系统。
进一步，本涂层磨损控制装置实施例之一还包括第二驱动电源，该第二驱动电源与所述电机驱动系统连接以提供电力输入。
优选的实施例之二，所述控制模块为继电开关器；所述涡流传感系统包括顺次连接的涡流线圈、信号检出电路、信号调理模块、信号比较电路、参考信号发生器，以及输出端与信号检出电路连接的高频震动器，该高频震动器带有第一驱动电源，涡流线圈用于检测样片表面的磁场信号，参考信号发生器为信号比较电路提供参考信号供其比较，信号比较电路输出端与所述继电开关器连接以控制其继电线圈通电与否。
进一步，本涂层磨损控制装置实施例之二还包括第二驱动电源，该第二驱动电源与所述继电开关器连接以提供电力输入。
本技术方案还包括一种应用所述涂层磨损控制装置的摩擦磨损仪器。
本发明的有益效果：
本发明涂层磨损控制装置利用涡流探测技术对样片的涂层进行磨损检测，在涂层被磨穿、裸露出基体表面时，检测到磁场的信号突变，即可判定涂层恰好磨穿，以此控制球磨装置停止研磨样片涂层，这样得到的样片可以得到最佳的涂层可测面积，从而在测量涂层厚度时得到精确的结果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是传统的球坑仪立体图；
图2是钢球磨穿涂层的状态图；
图3是本发明涂层磨损控制装置涡流探测的简易模型；
图4是本发明涂层磨损控制装置第一实施例的原理框图；
图5是本发明涂层磨损控制装置第二实施例的原理框图。
具体实施方式
如图3所示为本发明的一种涂层磨损控制装置的简易模型，本发明所基于的原理是，当载有交变电流的检测线圈靠近样片2（涂层20、不锈钢基体21）时，在探头周围形成环状的磁场，在涂层20表面完好的情况下，磁场发射信号和反馈信号是完整的，如果涂层20被磨穿，裸露出基体21表面，由于线圈磁场的作用，不锈钢基体21中将会感生出涡流，而涡流产生的反作用磁场又将使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定探测线圈阻抗或电流的变化，可以判断涂层20恰好被磨穿，根据这个来停止摩擦，使每次得到的磨损样品，都是刚刚好裸露出基体，就停止球磨装置的研磨。
本发明涂层磨损控制装置包括两个实施例，分别为程序控制类型、硬件控制类型。
如图4，为程序控制类型的涂层磨损控制装置，其包括：
一球磨装置1，用于研磨表面带涂层20的样片2，涂层20之下是不锈钢基体21；
一交流电机3，用于驱动球磨装置1的动作；
一电机驱动系统4，用于控制交流电机3的运转，由第二驱动电源8与所述电机驱动系统4连接以提供电力输入；
一控制模块，用于触发电机驱动系统4的工作，该控制模块为单片机控制系统5；
一涡流传感系统6，用于检测样片2表面的磁场信号并以检测结果作为控制信号反馈给控制模块，以供控制模块输出触发信号给电机驱动系统4。
具体的，所述涡流传感系统6包括顺次连接的涡流线圈61、信号检出电路62、信号调理模块63、AD转换器64，以及输出端与信号检出电路62连接的高频震动器65，该高频震动器65带有第一驱动电源66，涡流线圈61用于检测样片2表面的磁场信号，AD转换器64输出经转换后的数字控制信号给所述单片机控制系统5。
如图4，为硬件控制类型的涂层磨损控制装置，其包括：
一球磨装置1，用于研磨表面带涂层20的样片2，涂层20之下是不锈钢基体21；
一交流电机3，用于驱动球磨装置1的动作；
一电机驱动系统4，用于控制交流电机3的运转，由第二驱动电源8与所述电机驱动系统4连接以提供电力输入；
一控制模块，用于触发电机驱动系统4的工作，该控制模块为继电开关器7，由第二驱动电源8与所述继电开关器7连接以提供电力输入；
一涡流传感系统6，用于检测样片2表面的磁场信号并以检测结果作为控制信号反馈给继电开关器7，以供控制模块输出触发信号给电机驱动系统4。
具体的，所述涡流传感系统6包括顺次连接的涡流线圈61、信号检出电路62、信号调理模块63、信号比较电路67、参考信号发生器68，以及输出端与信号检出电路62连接的高频震动器65，该高频震动器65带有第一驱动电源66，涡流线圈61用于检测样片2表面的磁场信号，参考信号发生器68为信号比较电路67提供参考信号供其比较，信号比较电路67输出端与所述继电开关器7连接以控制其继电线圈通电与否。
此外，本发明涂层磨损控制装置还可用于摩擦磨损仪器中，目前测量涂层摩擦磨损的试验机，判断磨穿的标准，通常是通过摩擦系数的突变，即涂层的摩擦系数和基体差异很大，一旦磨穿，摩擦系数会突变，进而确定磨穿。但实际操作过程，经常会出现，涂层的摩擦系数和基体的摩擦系数是非常接近的，无法区分，如TiN涂层与不锈钢基体。这种情况下，如果由此装置配合，辅助判断，可以大大提升设备的功能性。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种涂层磨损控制装置，其特征在于：包括
一球磨装置（1），用于研磨表面带涂层（20）的样片（2）；
一交流电机（3），用于驱动球磨装置（1）的动作；
一电机驱动系统（4），用于控制交流电机（3）的运转；
一控制模块，用于触发电机驱动系统（4）的工作；
一涡流传感系统（6），用于检测样片（2）表面的磁场信号并以检测结果作为控制信号反馈给控制模块，以供控制模块输出触发信号给电机驱动系统（4）。
2.根据权利要求1所述的一种涂层磨损控制装置，其特征在于:所述控制模块为单片机控制系统（5）；所述涡流传感系统（6）包括顺次连接的涡流线圈（61）、信号检出电路（62）、信号调理模块（63）、AD转换器（64），以及输出端与信号检出电路（62）连接的高频震动器（65），该高频震动器（65）带有第一驱动电源（66），涡流线圈（61）用于检测样片（2）表面的磁场信号，AD转换器（64）输出经转换后的数字控制信号给所述单片机控制系统（5）。
3.根据权利要求2所述的一种涂层磨损控制装置，其特征在于:其还包括第二驱动电源（8），该第二驱动电源（8）与所述电机驱动系统（4）连接以提供电力输入。
4.根据权利要求1所述的一种涂层磨损控制装置，其特征在于:所述控制模块为继电开关器（7）；所述涡流传感系统（6）包括顺次连接的涡流线圈（61）、信号检出电路（62）、信号调理模块（63）、信号比较电路（67）、参考信号发生器（68），以及输出端与信号检出电路（62）连接的高频震动器（65），该高频震动器（65）带有第一驱动电源（66），涡流线圈（61）用于检测样片（2）表面的磁场信号，参考信号发生器（68）为信号比较电路（67）提供参考信号供其比较，信号比较电路（67）输出端与所述继电开关器（7）连接以控制其继电线圈通电与否。
5.根据权利要求4所述的一种涂层磨损控制装置，其特征在于:其还包括第二驱动电源（8），该第二驱动电源（8）与所述继电开关器（7）连接以提供电力输入。
6.一种应用权利要求1-5任一所述涂层磨损控制装置的摩擦磨损仪器。
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