Способ измерения толщины слоев

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для толщинометрии слоев многослойных крупногабаритных неферромагнитных изделий. Цель изобретения - повышение точности измерения. Способ заключается в перемещении намагниченного вдоль большой оси эллипсоид вращения в диэлектрических цилиндрических трубках, размещенных между слоями изделия в процессе его изготовления. При движении эллипсоида наблюдают на поверхности изделия продольную (по оси эллипсоида) составляющую индукции его поля, фиксируют два последовательных положения эллипсоида в моменты равенства нулю этой составляющей и по расстоянию между этими положениями определяют расстояние от точки наблюдения до трубки с эллипсоидом. Для определения толщины всех слоев эллипсоид последовательно перемещают по всем трубкам. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ц11 4 С 01 В 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4287186/25-28 (22) 20.07.87 (46) 23. 11.89. Бюл. Ф 43 (71) Львовский лесотехнический институт (72) Б.А. Аграновский, В.Г. Брандорф и 10. Н . Ки зилов (53) 620.179.13 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 929988, кл . G 01 В 7/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 105 1369, кл . G 01 В 7/06, 1982. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЦИНЫ СЛОЕВ (57) Изобретение относится к неразрушаюцему контролю и может быть использовано для толщинометрии слоев многослойных крупногабаритных неферромагнитных изделий. Цель изобретения — повышение точности измерения.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения толщины слоев многослойных крупногабаритных неферромагнитных изделий.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет устранения погрешностей, связанных с непостоянством скорости движения эллипсоида и изменением внешних условий.

На фиг. 1 представлена схема осуществления способа; на фиг. 2 — зависимость В (Z) при движении эллипсоида по разным трубкам; на фиг.3 устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

ÄÄSUÄÄ 1523899 А1

Способ заключается в перемещении намагниченного вдоль большой оси эллипсоида вращения в диэлектрических цилиндрических трубках, размещенных между слоями изделия в процессе его изготовления. При движении эллипсоида наблюдают на поверхности изпелия продольную (по большой оси эллипсоида) составляющую индукции его поля, фиксируют два последовательных положения эллипсоида в моменты равенства нулю этой составляющей и по расстояе нию между этими положениями определяют расстояние от точки наблюдения до трубки с эллипсоидом. Для определения толщины всех слоев эллипсоид последовательно перемещают по всем трубкам. 4 ил.

На фиг ° 4 U э 13зо U>< Цм — выходные напряжения блоков 7, 30, 31, 32. Схема включает многослойный объект 1 контроля, две соединенные последовательно трубки 2 и 3, размещен- ные между слоями 4, 5 и 6 соответст- венно, измерительный преобразователь

7 величины В и намагниченный эллипсоид 8, На схеме обозначены также

M — магнитный момент эллипсоида 8;

Х вЂ” расстояние от преобразователя до трубки, в которой движется эллипсоид 8; Z — координата эллипсоида 8 по оси Z; 2q u Zq — точки, находясь в которых эллипсоид 8 создает в преобразователе 7 величину В, равную нулю; d расстояние между точками 2 и Zq.

1523899 устройство выполнено следующим образом.

Между слоями 4,5,...,п объекта 1 контроля размещены соединенные последовательно трубки 2 и 3, подклю5 ченные к разным торцам гидроцилиндра 9. Управляемый привод поршня 10 гидроцилиндра 9 состоит из реверсивного электродвигателя 11 (с редуктором, если это необходимо) и линейного преобразователя 12 угла поворота выходного вала электродвигателя 11 в линейное перемещение (например, кулачкового механизма). На том же валу размещен цифратор 13 угла поворота вала (например, оптоэлектронный). Питание электродвигателя

l1 осуществляется через блок 14 управления, имеющий три входа: вход 15 питания, входы "Вправо" и "Влево", к которым подключены выходы схем 2ИЛИ

16 и 17 соответственно. Первые входы схем 2ИЛИ 16 и 17 подключены к клемM&M ручногo управления "BIIpBBQ 18 H

"Влево" 19 соответственно. На участках трубок 2 и 3, размещенных вне объекта 1 контроля, размещены датчики (например, датчики Холла) 20-1, 20-2,...,20-п, 21 — 1, 21-2,...,21-п, 22 и 23. Выходы датчиков 20 соедине30 ны последовательно-согласно и пх обгий выход подключен к входу формирователя

24. Выходы датчиков 21 соединены аналогично и их общий выход подклю . н к входу формирователя 25. Выходы дат- 35 чиков 22 и 23 также подключены к входам формирователей 26 и 27 соответственно ° Выходы формирователей 26 и 27 подключены к вторым входам схем 2ИЛИ

16 и 17. Выходы формирователей 24 и

25 подключены к входам триггера 28 и входам управления вычислителя-индикатора 29 (выполненного, например, на основе микропроцессора). Выход накладного преобразователя 7 осевой (параллельной закладным трубкам) составляющей магнитного поля эллипсоида 8, наложенного на наружную поверхность объекта 1 контроля в плоскости трубок 2 и 3, соединен с входом нуль- 50 органа 30. Преобразователь 7 может . быть реализован, например, на основе датчика Холла. Выходы триггера 28 и нуль-органа 30 соединены с входами . элемента 31 равнозначности, выход которого соединен с первым входом элемента 2И 32, второй вход кото— рого соединен с выходом цифратора

13, а выход — с входом данных вычислителя-индикатора 29, Сущность способа заключается в следующем.

Известно, что

Х2 -2 У

Я =л1

z I (Х2 +22 )5И

Эта зависимость использована при построении графиков .(фиг. 2) .

Иэ (1) следует, что при Х = const условие В/ = 0 выполняется при двух значениях координаты

1 1

z, = - =— - -— -- -х; z = — - х, "2 2 Г2 (2) а их разность а - к,- z<- г х (3) откуда расстояние

В (4) T = T -Тк, Т 22=,. Tg-T . ° ° °, T

Т- Т -qВ где Т вЂ” конструктивный размер преобразователя, толщина последнего слоя

Т „ Т - Т„+ Т„, где Т„ - известная толщина иэделия (фиг, 2) ..

Из (1) и (2) следует, что .положение нулей проекции В не зависит

На фиг. 2 изображена зависимость

В (Е), когда тело движется па трубке 2 (кривая 1) и по трубке 3 (кривая II) . Направления магнитных моментов в первом и втором случаях противоположные, следовательно, противоположны знаки М и В2 соответственно. ,Согласно формуле (3) расстояние между ,нулями У второй кривой больше, чем у первой, так как величина Х для нее также больше.

Значение Х, соответствующее расстояниям от преобразователя 7 до ближайшей трубки, обозначим Т1, до следующей Т и так далее, до последней — Тп.

Толщины слоев определяются соответственно по формулам

5 1523899

6 от скорости движения эллипсоида 8 и количество которых прямо пропорциооднозначно определяется величиной Х. нально величине перемещения эллипсоиI °

Таким оораэом, определяя расстояние да 8, на вход данных вычислителя-инмежду его положениями в последователь- дикатор". 29 поступает последовательные моменты, когда В = О, из (4)»a- 5 ность этих импульсов, В момент tq смеходим значение Х, что позволяет оп- ны знака U этот процесс прекращаетределить толщину слоев 2 и 3 незави- ся и в оперативном запоминающем устсимо от скорости движения эллипсоида ройстве (ОЗУ) вычислителя-индикатора

8, и тем самым повысить точность из- 29 запоминается количество импульсов

10 мер ений. N, прямо пропорциональное значению

Кроме того, зависимость (4) явля-,Т . ется линейной, что позволяет избавиться от погрешностей, связанных с лине- В момент, когда эллипсоид 8 аризацией градуировочной характерис- 15 перемещается в зоне датчика 2 1-2, тики, что также повышает точность из- «ыходной сигнал формирователя 25 опромерений. кидывает триггер 28 и запускает вычисУстройство работает следующим об- литель-индикатор 29 на выполнение разом. операции Т„„ = Т вЂ” 1< (значение Т

Пусть в исходном положении поршень 2р конструктивный размер преобразова10 находится в крайнем правом положе- теля 7 предварительно записан в памянии, эллипсоид 8 — между датчиками 20 ти вычислителя-индикатора 29), и на

-1 и 22. Па кле.my 15 (вход) пода- инцикаторе индицируется значение T

".вся напряжение питания, на клемму В процессе дальнейшего движения

19 (вхо ) (.од) подается управляющий по трубке 3 эллипсоид 8 ориентирован

-.игнал, что приводит к движению порш- так,- что его магнитный момент M напня 10 влево. Поскольку гидросистема равлен справа налево (фиг, Зб) . Одна(цилиндр — трубки) заполнена жидко- ко благодаря тому, что вследствие сть.::, в которой находится и зллипсо- опрокидывания триггера 28 на его выHö 8, и следний начинает перемещаться 3р ходе появляется сигнал логического

20 — 1 к датчику -0 — 1, а в момент прохожде- нуля, элемент 31 равнозначности nepent я B зоне действия этого датчика водится в режим логического инвертоимпульс с выхода формирователя 24 под- ра, Поэтому далее процессы протекают гставливает вычислитель-индикатор 29 аналогично с той лишь разницей, что к приему информации и устанавливает полярности U u U обратны (срав (или подтверждает) триггер 28 в состо- фиг. 3а и Зб) . В момент срабатывания яние, rrpè котором на его выходе по- датчика 20-2 вычислитель-индикатор 29 является уровень логической единицы выполняет вычисление Т „= Т, — Т вЂ” и (1), поэтому элемент 31 равнозначнос- индицируется значение Т . Однов ети выполняет функцию повторителя. В менйо вновь опрокидывается триггер процессе дальнейшего движения эллип- 28, подготавливая схему для работы соид 8 (магнитный момент Г1 которого в режиме, когда Г1 вновь направлен напра влен, например, слева направо) слева направо при движении эллипсоида входит н участок первой трубки 2, раз- по третьей трубке (фиг. Зв) . мещенной в объекте 1 контроля, и по Далее процессы повторяются аналомере приближения к преобразователю 7 гично до момента ког а, «т, когда, проидя все на его выходе появляется оТрицатель- трубки, эллипсоид 8 не вызовет срабаное, возрастающее по модулю, напря- тывания датчика 23.. При этом выходной жение U (фиг. 3a). При этом выход- сигнал формирователя 27 через схему ное напряжение U o нуль-органа 30 рав- 2ИЛИ 17 воздействует на блок 14 управно нулю. Далее напряжение Uq умень- ления так что выполня о выполняется реверс шается по модулю и в момент t < пере- электродвигателя 11, а поршень 10 ходит через нулевое значение (изме- начинает перемещаться вправо. Преобняется знак U7) . В момент tz U>o при-,разователь 7 накладыва т на нову нимает значение уровня логической точку контроля (для выполнения этой единицы (1), которое повторяется на операции можно временно снять питаю55 первом входе элемента 2И 32. Посколь- щее напряжение с клеммы 15) и анаку на второй вход этого элемента пос- логично выполняют измерение тол ступают импульсы с выхода цифратора 13, ны слоев.

152 38 99

Пройдя все трубки, эллипсоид вызывает срабатывание датчйка 22 и выходной сигнал его формирователя 26 через схему 2ИЛИ 16 вызывает реверс электродвигателя 11. Преобразователь

7 вновь накладывают на новую точку контроля и процессы измерения толщины слоев продолжаются последовательно во всех заданных точках контроля пос10 ле чего с клеммы 15 (входа) снимают питающее напряжение.

Значение толщины последнего слоя

Т„„ может определяться по формуле

Т„,- Т вЂ” Т„+ Т„, где Т вЂ” известная толщина всех слоев;

Т и — размер, получаемый указанньи образом.

Формула из обр ет ения

Способ измерения толщины слоев, заключающийся в том, что при изготовлении изделия между его слоями размещают диэлектрические цилиндрические трубки, по которым перемещают тело в виде эллипсоида вращения, намагниченного вдоль его больвей оси, и измеряют составляющую индукции магнитного по- / ля вдоль рси намагниченности эллипсоида, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности изме-, рений, при перемещении эллипсоида вращения по каждой цилиндрической трубке фиксируют два его положения, при которых составляющая индукции магнитного поля равна нулю, и измеряют расстояние между этими положениями, по которому определяют толщину соответствующего слоя.

1523899

Фие. 2

1523899

Редактор И. Булла

Корректор Л. Бескид

Заказ 7032/43 Тира к 683 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101

М

Составитель И. Рекунова

Техред М.дндык н