SU932206A1 - Устройство дл контрол толщины покрытий - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ

I

Изобретение относитс  к неразрушающим методам контрол  качества и геометрических параметров электро- магнитным методом и может быть использовано .во всех отрасл х народного хоз йства, где примен ютс  различные объекты с покрыти ми или производитс  образование покрытий.

Известно устройство дл  контрол  толщины покрытий, содержащее высокочастотный и низкочастотный каналы , каждый из которых выполнен в виде автогенератора, подключенных к нему электромагнитного преобразовател  и компенсатора, усилител , вход которого соединен с электромагнитным преобразователем и компенсатором , и подключенного к усилителю фазочувствительного блока, а также блока фазовращател , включенного между генератором и фазочувствитёльным блоком, сумматор, соединенный с выходами обоих каналов, и индикатор l . ПОКРЫТИЙ

; Недостатком известного устройства  вл етс  больша  погрешность при измерении толщины покрытий за счет вли ни  свойств основани , покрыти  и зазора. По вление значительной погрешности от изменени  свойств материалов объекта возможно как при переходе от одного сочетани  электромагнитных свойств материалов покрыти  и основани  к другому сочетанию, так и при наличии технологического разброса свойств материалов контролируемого объекта в пределах одной партии или от партий к партии.

Цель изобретени  - повышение точности и надежности, а также досто-, верности.

Указанна  цель достигаетс  тем, .что устройство снабжено блоком делени  , вход делимого которого соединен с выходом сумматора, вход делител  - с выходом низкочастотного канала , выход - с индикатором, а параметры преобразователей обоих каналов выбраны из соотношений: R и С H(Ro - R), а рабоча  частота низкочастотного канале выбрана из соотношени  R-bmax-f ;А(7-(п«03, где - эквивалентные радиусы электромагнитных преобразователей низкочастотного и высокочастотного каналов соответственно; рабочие частоты низкочастотного и высокочастотного каналов соответственно; рассто ние между центрами обмоток преобразователей; Н - выбранное дл  преобразов телей значение обобщенно го параметра; максимальное значение то щины контролируемого покрыти ; Др:4Л- Г - магнитна  посто нна , г/ - удельна  электрическа  проводимость покрыти . При этом устройство может быть снабжено вторым высокочастотным каналом , идентичным первому, вторым сумматором, входы которого соединены с выходами низкочастотного и вто рого высокочастотного каналов, а вы ход - со входом делител  блока делени , а его рабоча  частота выбра на из соотношени  RbMMHf/«-o n 0,2, где bfniii - минимальное возможное значение толщины контролируемого покрыти . Кроме того, устройство снабжено включенными между блоком делени  и индикатором, последовательно соединенными третьим сумматором, ключом, вторым блоком делени , запоминающим блоком и блоком умножени , второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, последовательно соединенными вторым ключом и вторым запоминающим блоком, включенными между выходом первого блока делени  и вторым входом третьего сумматора, а также блоком установок, подключен ным к входу делител  второго блока делени . На фиг.1 изображена схема двухка нального устройства дл  контрол  тол щины покрытий; на фиг.2 - зависимос сигнала,преобразовател  от толщины 64 покрыти ; на фиг.З структурна  схема трехканального устройства дл  контрол  толщины покрытий; на фиг. структурна  схема устройства с блоком автоматической калибровки. Устройство дл  контрол  толщины покрытий содержит два канала - высокочастотный канал 1 и низкочастотный канал 2. Высокочастотный канал 1 предназначен дл  получени  информации d толщине покрыти  и содержит автогенератор 3, электромагнитный преобразователь 4, компенсатор 5 усилитель 6, фазочувствительный блок 7 и блок 8 фазовращател , соедин ющий второй вход фззочувствительного блока 7 с автогенератором 3Низкочастотный канал 2 предназначен дл  получени  информации о величине удельной электрической проводимости основани  и содержит каскадно включенные автогенератор 9, электромагнитный преобразователь tO, компенсатор 11, усилитель 12, фазочувствительиый блок 13 и блок И фазовраща тел , соедин ющий второй вход фазочувствительного блока 13с автогенератором 9. Выходы фазочувствительных блоков 7 и 13 подключены к сумматору 15, а его выход - ко входу делимого блока 16 делени . На вход делител  блока 16 делени  подаетс  сигнал с выхода фазочувствительного блока 13- К выходу блока 16 делени  подключен индикатор 17. Блок 18 уставки , выполненный, например, в виде источника опорного напр жени , устанавливает начальное значение сигнала фазочувствительного блока 13 с учетом свойств материала покрыти . Контролируемый объект 19 помещен в общую зону контрол  электромагнитных преобразователей i и 10. Оба канала настроены так, чтобы сигнал на их выходах не зависел от изменений наиболее сильного из мешающих факторов, например, от рассто ни  между преобразовател ми и контролируе№1м объектом (зазора) . Така  настройка обеспечиваетс  компенсаторами 5 и 11 и блоками 8 и 14 фазовращателей . Если вли ние изменений зазора невелико (например, в случае высокого качества поверхности контролируемого объекта), фазочувствительные блоки 7 и 13 могут быть использованы только в качестве преобразователей переменного тока в посто нный , что легко достигаетс  с помощью фазовращател , или могут быть заменены амплитудным.и детекторами , причем необходимость в блоках фазовращателей в этом случае от падает. При контроле толщины с использованием , например, .эмплитудно-фазово го способа выходной сигнал пропорционален проекции приращени  выходного напр жени  преобразовател , вызванной изменением толщины, на но маль к вектору приращени  выходного напр жени  от изменени  зазора. Эта зависимость нелинейна и имеет области нечувствительности при малых , и больших толщинах (фиг,2). Дл  получени  идентичных зависимостей в всех каналах от удельных электричес ких проводимостей основани  и покры ти , что существенно снижает погреш ность измерений за смет их компенса ции, необходимо выдержать одинаковыми значени  обобщенных параметров , характеризующих работу вихрето ковых преобразователей в каждом из каналов, т.е. R VSf/t -RO V2JfA(j-6 и н - Ьбо - lino где (э - удельна  электрическа  про водимость; Ьр,11л - рассто ние от возбуждающей обмотки соответствующего преобразовател  до внешней границы блока преобразователей , где к нему прилегает контролируемый объект; hp,hp - рассто ние от измерительной обмотки соответствующего преобразовател  до внешней границы блока преобразователей .

Упростив эти выражени , полумаем:

R R,

и С H(Ro - R) (hep -f hno) - (hg+ hn);

Рабоча  частота низкочастотного каналавыбрана достаточно малой, чтобы обеспечить независимость сигналов преобразовател  от толщины покрыти  (фиг.2) при максимальном возможном значении толщины покрыти  :

R-bn)cixf- o6n«0.03;

Устройство дл  контрол  толщины покрытий, состо щее из трех канаРабоча  частота высокочастотного канала 20 выбрана большой, чтобы обеспечить независимость сигнала преобразовател  от толщины покрыти  (фиг.2) при минимальном возможном значении толщины покрыти 

. Обработка выходных сигналов фазочувствительных блоков 7, 13 и 25 может быть произведена одним блоком в виде, например, микропроцессора , содержащего необходимые преобразовательные блоки, согласующие его вход с выходами фазочувствительных блоков 7, 13 и 25. лов (фиг.З), имеет высокочастотный канал 1, низкочастотный канал 2 и второй высокочастотный канал 20. Высокочастотйь(м . канал 1 и низкочастотный каналы 2 предназначены дл  указанных ранее целей и построены аналогично тому, как показано на фиг.1. Высокочастотный канал 20 предназначен дл  получени  сигналов, не завис щих от удельной электрической проводимости покрыти  при ее изменении, и содержит автогенератор 21, электромагнитный преобразователь 22, компенсатор 23, усилиталь , фазочувствительный блок 25 и блок 2б фазовращател , соедин ющий второй вход фазочувствительного блока 25 с автогенератором 21. Электромагнитный преобразователь 22 имеет зону контрол , общую с преобразовател ми и 10, а его параметры выбраны также из приведенных выше соотношений идентичности обобщенных параметров, т.е. Re и Се H(RO - R, где Re - эквивалентный (средний) радиус преобразовател  высокочастотного канала; CB - рассто ние между центром основного и высокочастотного преобразователей. С выходов фазочувствительных блоков 7 и 13 сигналы подвод тс  ко входам сумматора 15i ас выходов фазочувствительных блоков 13 и 25 - ко входам сумматора 27- Сигнал .с выхода сумматора 15 поступает на вход делимого блока 1б делени , а с выхода сумматора 27 - на вход делител  блока 16 делени . Сигнал с выхода блока 16 делени  подаетс  на индикатор 17. 7 Устройство (фиг.) содержит дополнительные блоки, позвол ющие проводить его автоматическую калибровку по эталонным мерам, В него дополнительно вход т сумматор 28, блок 29 делени , блок 30 умножени , ключи 31 и 32, запоминающие блоки 33 и 3 и блок 35 установок. Устройство дл  контрол  толщины .покрытий работает следующим образом При использовании двухканального устройства и размещении контролируе мого объекта 19 в зоне контрол  электромагнитных преобразователей Ц и 10 на выходах фазочувствительных блоков 7 и 13 по вл ютс  сигналы (напр жени ), определ емые толщиной покрыти  и свойствами материалов объекта контрол , причем сигнал с выхода низкочастотного канала 2 практически не зависит от толщины .покрыти  и свойств его материала ввиду выбора малого значени  рабочей частоты. В результате вычитани  двух сигналов с соответствующими коэффициентами сумматором 15 при фи сированных значени х электромагнитных параметров покрыти , вводимых с помощью блока 18, выходное напр жение сумматора зависит от толщины покрыти , а его начальное значение не зависит от удельной электрической проводимости основани  и зазора поскольку услови  работы преобразователей выбраны идентичными. При конечных значени х толщины покрыти  напр жение на выходе сумматора пропорционально значению толщины и раз нице в свойствах покрыти  и основани . Сигнал, подаваемый на вход делител  блока. 16 делени , пропорционален перепаду свойств основани , величина которых определ етс  каналом 2 и установленным значением напр жени  на выходе блока 18, характеризующего свойства покрыти . В результате делени  этих сигналов выходной сигнал после блока 16 делени  не зависит от свойств материа лов покрыти  и основани , а также от зазора. При использовании трехканального устройства дл  контрол  толщины покрытий на вход делимого блока 16 делени  подаетс  тот же сигнал, полученный от высокочастотного -канала 1 и низкочастотного канала 2, Определ емый толщиной покрыти  и пе репадом свойств основани  и покры6 ти , а на вход делител  подаетс  сигнал с выхода сумматора 27- Причем выходное напр жение сумматора 27 формируетс  путем вычитани  с соответствующими коэффициентами напр жени  на выходе низкочастотного канала 2, завис щего ввиду малого значени  рабочей частоты только от свойств основани  и напр жени  высокочастотного канала 20, завис щего вследствие большого значени  рабочей частоты только от свойств покрыти . В св зи с таким построением трехканального устройства отпадает необходимость введени  оператором опорного напр жени  от блока 18 в соответствии с величиной электромагнитных свойств покрыти . В результате делени  сигналов с выходов сумматоров 15 и 27 выходной сигнал блока 16 делени , поступающий на индикатор 17, не зависит от свойств основани  и покрыти  и от зазора. Калибровка осуществл етс  следующим образом. Перед измерени ми электромагнитные преобразователи устанавливаютс  на эталон без покрыти , и сигнал с выхода блока t6 делени  подаетс  одновременно на сумматор 28 и через ключ 31 на запоминающий блок 33- Сумматор 28 производит вычитание выходного сигнала запоминающего блока 33 из выходного сигнала блока 16 делени . При этом на индикаторе 17 по вл етс  нулевое показание. Затем ключ 31 размыкаетс , и электромагнитные преобразователи устанавливаютс  на эталон с известной толщиной покрыти . Теперь сигнал с сумматора 28 подаетс  через ключ 32 на вход делимого блока 29 делени , на вход делител  которого подаетс  сигнал от блока 35 установок, соответствующий толщине покрыти  эталонной меры. Выходной сигнал блока 29 делени  записываетс  в запоминающем блоке 3 и с его выхода- подаетс  на один из входов блока 30 умно)нени , второй вход которого св зан с выходом сумматора 28. Выходной сигнал блока 30 умножени  поступает на индикатор 17, где индицируетс  значение толщины эталонной меры. Затем ключ 32 также размыкаетс . Прибор готов к измерению . Устройство дл  контрол  толщины покрытий вихретоковыми преобразовагел ми дает возможность производить контроль толщины электропровод щих покрытий независимо от электромагнитных свойств основани  и покрыти . Это позвол ет существенно повысить точность измерени  толщины покрытий и ее контрол  как дл  объектов с различным сочетанием свойств покрыти  и основани , так и дл  объектов одного типа, имеющих технологический разброс по свойствам покрыти  и основани . При непредвиденных случайных изменени х свойств материалов объекта контрол  применение предлагаемого устройства повышает надежность получени  правильных результатов. Это устройство может быть использовано при проведении неразрушающего контрол  объектов с различным сочетанием электромагнитных свойств материалов, в том числе и при ферромагнитном основании или покрытии, а также с вихретоковыми преобразовател ми разного типа; накладными, проходными, параметрическими , комбинированными и ругими, ввиду схожести их выходных характеристик от толщины покрытий и электромагнитных свьйств материалов слоев. Устройство может быть выполнено как в аналоговом, так и в цифровом вариантах.

Claims (3)

1. Формула изобретен ; 1 1. Устройство дл  контротв :толщины покрытий, содержащее высоЦочастотный и низкочастотный кана/Н||, каждый из которых выполнен в виде автогенератора, подключенных к нему электромагнитного преобразовател  и компенсатора, усилител , вход которого соединен с электромагнитным преобразователем и компенсаором , и подключённого к усилителю азочувствительного блока, а также лока фазовращател , включенного между генератором и фазочувствительным блоком, сумматор, соединенный выходами обоих каналов, и индикаор , о т л и ч а е е с   тем,что , с целью,повышени  точности и адежности контрол ,, оно снабжено локом делени , вход делимого которого соединен с выходом сумматора вход делител  - с выходом низкрчасг отного канала, выход - с индикатоом , а параметры преобразователей обоих каналов выбраны из соотношений:

   R с H(Rc, - R),

   а рабоча  частота низкочастотного канала выбрана из соотношени 

   Ьмакс -/ о п«0.3, где - эквивалентные радиусы 5 . электромагнитных преобразователей низкочастотного и высокочастотного каналов соответственно; - рабочие, частоты низкочас0тотного и высокочастотного каналов соответственно; С - рассто ние между центрами обмоток преобразователей;

   5 Н - выбранное дл  преобразователей значение обобщенного параметра;

   макс максимальное значение толщины контролируемого по , крыти ;

   )U.- 4Ji-W - магнитна  посто нна ,г/м; (ЭР - удельна  электрическа  проводимость покрыти .
2. 2.Устройство по п. 1, о т л и 5 чающеес  тем, что оно снабжено вторым высокочастотным каналом , идентичным первому, вторым сумматором, входы которого соединены с выходами низкочастотного и

   0 второго высокочастотного каналов, а выход - со входом делител  блока делени , а его рабоча  частота выбрана из соотношени 

   КЬ„ин О п 0,2,

   , где Ь.,.., - минимальное возможное зна5 ИМ

   чение толщины контролируемого .покрыти .
3. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о т лишающеес  тем, что, с

   целью повышени  достоверности контрол , оно снабжено включенными между блоком делени  и индикатором последовательно соединенными третьим сумматором, ключом, вторым блоком делени , запоминающим блоком и бло5 ком умножени , второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора , последовательно соединенными вторым ключом и вторым запоминающим блоком,включенными между выходом пер0 вого блока делени  и вторым входом третьего сумматора, а также блоком, установок, подключенным к входу делител  второго блока делени . Источники информации,

   5 прин тые во внимание при экспертизе

   1. Авторское свидетельство СССР ff 307331, кл. G 01 В 7/06J971 (прототип ) .

   2е

   SS

   О

   ts