Устройство для контроля качества поверхности изделий из электропроводящих материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 27/90

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4646749/28 (22) 04.02.89 (46) гэ.оЗ.92. Ьюл. N 11

4 (71) Институт кибернетики им, В.М,Глушкова (72) А.Д,Бех и В.В.Чернецкий (53) 620.179.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1654084, кл. В 61 К 9/10, 30.05,88, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть .1спользовано для обнаружения неоднородности поверхности проводящих материалов при диагностике и контроле. Цель изобретения — повышение чувствительности и упрощение конструкции устройства. Для этого в устройстве, содержащем высокочастотный генератор прямоугольных импульсов тока, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для обнаружения неоднородности поверхности поводящих материалов при диагностике и контроле.

Известно устройство для контроля качества поверхности изделий из электропроводящих материалов, содержащее высокочастотный генератор прямоугольных импульсов, подключенный к нему преобразователь, выполненный в виде четырехплечего моста с дифференциальным трансформаторным выходом, в смежные плечи которого включены идентичные и Ы2 1721502 А1 подключенный к нему преобразователь в виде четырехплечего моста с идентичными измерительным .. и компенсационным элементами в смежных: плечах и трансформаторным выходом и экранирующий электропроводящий элемент, последний выполнен в виде плоской пластины со сквозными отверстиями, а измерительный и компенсационный элементы, а также первичная обмотка трансформатора выполнены в виде параллельных линейных проводников, расположенных в плоскости, параллельной экранирующей пластине. Линейные проводники вторичнЬй обмотки трансформатора содержат участки, параллельные проводникам первичной обмотки,. общая точка измерительного и компенсационного элементов подключена к генератору, а в экранирующей пластине выполнено отверстие, расположенное под проводником измерительного элемента. 1 ил, ° и измерительный и компенсационный эле- Ц1 мент, общая точка которых является входом моста, а средняя точка первичной обмотки трансформатора соединена с шиной нулевого потенциала, экранирующий электропроводящий элемент, взаимодействующий с измерительным и компенсационным элеt ментами, а также подключенный к вторичной обмотке трансформатора синхронный детектор, синхронизирующий вход которого подключен к выходу генератора.

Однако известное устройство имеет сложную конструкцию и не обеспечивает необходимой чувствительности.

1721502

ЗО

50

Цель изобретения — повышение чувствительности и упрощение конструкции, Укаэанная цель достигается благодаря тому, что в устройстве для контроля качества поверхности изделий из электропроводящих материалов. содержащем высокочастотный генератор прямоугольных импульсов тока, подключенный к нему преобразователь, выполненный в аиде четырехплечего моста с дифференциальным трансформаторным выходом, в смежные плечи которого включены идентичные измерительный и компенсационный элементы, общая точка которых является входом моста, а средняя точка первичной обмотки трансформатора соединена с шиной нулевого потенциала. зкранирующий электропроводящий элемент, взаимодействующий с измерительным и компенсационным элементами, а также подключенные к вторичной обмотке трансформатора последовательно соединенные синхронный детектор, синхронизирующий вход которого подключен к выходу генератора. и регистрирующий блок, экранирующий элемент выполнен в виде плоской пластины с сквозным отверстием, соединен с шиной нулевого потенциала и является рабочей поверхностью преобразователя, измерительный, компенсационный элементы и первичная обмотка трансформатора выполнены s виде двух параллельных линейных проводников, расположенных в плоскости, параллельной зкранирующей пластине, вторичная обмотка трансформатора выполнена в виде двух параллельных линейных проводников, расположенных в плоскости, параллельной пластине и содержащих участки, параллельные линейным проводникам первичной обмотки трансформатора, одни концы проводников вторичной обмотки объединены и соединены с экранирующим элементом, а отверстие пластины расположено под измерительным элементом.

На чертеже приведена схема устройства для контроля качества поверхности изделий иэ электропроводящих материалов.

Устройство для контроля качества поверхности изделий иэ электропроводящих материалов содержит высокочастотный генератор 1 прямоугольных импульсов тока. подключенный к нему преобразователь 2, выполненный в виде четырехплечего моста с дифференциальным полосковым трансформатором 3 на выходе и с включенными в смежные плечи измерительным 4 и компенсационным 5 элементами, выполненными в виде двух параллельных проводников, общая точка которых является входом преобразователя, а концы соединены с первичной обмоткой 6 трансформатора 3. средняя точка которой соединена с шиной нулевого потенциала, а вторичная обмотка 7 трансформатора является выходом преобразователя, зкранирующий электропроводящий элемент 8, выполненный в виде плоской пластины, параллельной плоскости преобразователя 2, с сквозным отверстием 9, расположенным под измерительным элементом 4, синхронный детектор 10, информационные входы которого соединены с выходом преобразователя 2, а синхрониэирующий вход — с выходом генератора 1, и регистрирующее устройство 11, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, а выход является выходом устройства, контролируемая проводящая поверхность 12 располагается непосредственно под экранирующей проводящей пластиной 8.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 формирует прямоугольные импульсы така с крутыми передними и задними фронтами, Выходной ток генератора распределяется между проводниками измерительного 4 и компенсационного 5 элементов, .расположенными на минимальном удалении от зкранирующей пластины 8, пропорционально их индуктивности, величина которой определяется отношением магнитного поля, связанного с указанными проводниками, к протекающему по ним току. Магнитное поле проводников 4 и 5 формируется током генератора 1 и индуцированными токами, протекающими по экранирующей проводящей поверхности 8.

Благодаря вычитанию полей токов проводников 4 и 5 и полей индуцированных токов в проводящей поверхности магнитное поле локализуется вблизи проводников при условии, что они проходят на малом расстоянии по сравнению с толщиной проводника от этой поверхности; Поскольку индуцированкые токи возбуждаются импульсами магнитного поля с крутыми фронтами, то глубина их проникновения в поверхность 8 мала, магнитное поле под проводящей поверхностью 8 отсутствует и не взаимодействует с исследуемой проводящей поверхностью 12.

Такое взаимодействие имеет место только под отверстием 9, где между проводником 4 и исследуемой проводящей поверхность 12 отсутствует экранирующая проводящая поверхность 8..

Импульсное поле, воздействующее на исследуемую проводящую поверхность 12, формируется за счет вйчитания полей токов, протекающих по проводнику 4 и экра1721502 нирующей поверхности вокруг отверстия 9.

Его интенсивность падает при условии увеличения расстояния между проводящими поверхностями 8 и 12, а именно вблизи проводника 4 и пропорционально квадрату расстояния в удаленной зоне от проводника.

Поле, локализуемое отверстием 9, воздействует на исследуемую проводящую поверхность 12, вызывая в ней индуцированные токи, которые также создают магнитное поле, направленное встречно полю тока излучаемого проводника, что проявляется в увеличении индуктивности проводника 4 на участке пересечения им отверстия 9.

Если однородность проводящей поверхности 12 будет нарушена в зоне отверстия 9, то величина индуцированных токов изменится, что проявляется в модуляции величины индуктивности проводника 4, Модуляция индуктивности вызывает модуляцию величины тока в проводниках 4 и 5 за счет перераспределения тока генератора 1 между ними. Появление разности токов между проводниками 4 и 5 приводит к появлению разностного сигнала, индуцируемого на индуктивно связанных участках проводников первичной обмотки 6 трансформатора 3 и проводников вторичной обмотки 7. Разность напряжений, пропорциональная величине модуляция тока, усиливается синхронным детектором 10. его особенность состоит в том, что усиленное напряжение формируется в результате суммирования напряжений, которые индуцируются в проводниках 7 на переднем и заднем фронтах импульсов, тока возбуждения проводников 4 и 5. Суммирование обеспечивается благодаря синхронизации детектора

10 генератором 1 импульсов тока. Усиленное напряжение отображается в регистрирующем устройстве 11, выполненном, например, в виде аналого-цифрового преобразователя. м

Рассчитаем чувствительность устройства контроля в функции пространственного разрешения. Предположим, что локализующее отверстие 9 имеет диаметр d = 20 мкм, амплитуда тока возбуждения в каждом из проводников 4 и 5 Ia = 1 А, фронт импульса тока тф = 10 нс, при расстоянии между проводящими поверхностями 8 и 12, равном

20 микрон, коэффициент модуляции индуктивности Bi = 0,2, погонная индуктивность проводника над отверстием 9 I o =

- 0,35 10 Гн/мм.

Амплитуда индуцированного импульсного напряжения на входе усилителя равна

U, -140 В. тф

Порог чувствительности синхронных детекторов Л U = 2,5 мкВ. При этом порог

10 чувствительности устройства контроля к неоднородностям проводящей поверхности равен

dä0p = d V = 2,7 мкм.

15 2

Snop = — 4 — 8-= 8,8.10 чм, dna . -6 2

Это на три порядка ниже чем порог чувствительности известных устройств. Следовательно, предлагаемое устройство может быть использовано для обнаружения неоднородностей проводимости с размерами до нескольких микрон, а минимальные размеры измеряемых неоднородностей с погрешностью в несколько микрон состав- . ляют десятки микрон.

Кроме высокой чувствительности обнаружения неоднородностей проводящих поверхностей предлагаемое устройство контроля имеет следующие преимущества перед аналогичными устройствами.

Простота изменения конфигурации зондируемого участка исследуемой поверхности, которое осуществляется посредством изменения формы отверстия в экранирующей проводящей поверхности.

Простота конструкции, высокая точность изготовления и повторяемость конструктивных элементов, благодаря возможности применения интегральной планарной технологии фотолитографии для изготовления устройства контроля.

Возможность работы в дифференциальном режиме, когда локализующие отвер45 стия в зкранирующей поверхности располагаются под обоими излучающими проводниками, а выходной сигнал чувствительного элемента пропорционален разно- . сти величин неоднородностей.

Воэможность применения матриц зондирующих отверстий и чувствительных элементов с целью повышения скорости контроля проводящих поверхностей, Возможность контроля толщины проводящих поверхностей, если она не превышает глубины проникновения индуцированных токов на фронтах излучаемого магнитного поля.

Контроль неоднородностей проводящих поверхностей с диэлектрическим рав1721502

Составитель 8. Чернецкий

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Редактор М. Янкович

Заказ 949 Тираж Гйщписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 номерным покрытием, что упрощает также позиционирование. устройства относительно исследуемой поверхности.

Технико-экономические характеристики предлагаемого устройства контроля 5 проводящих поверхностей позволяют определить преимущественные области его применения, К ним относятся диагностика и контроль материалов и изделий. 8 области диагностики становится практически разре- 10 шимой задача контроля в рабочем режиме сильно нагруженных трущихся поверхностей, например, валов подшипников скольжения. В области контроля предлагаемое устройство целесообразно использовать 15 для обнаружения поверхностных дефектов лопаток турбин, размерного контроля проводящих элементов печатных плат, бесконтактного измерения и сортировки шариков для подшипников. 20

Формула изобретения

Устройство для контроля качества поверхности изделий из электропроводящих материалов, содержащее высокочастотный генератор прямоугольных импульсов тока, 25 подююченный к нему преобразователь, выполненный в виде четырехплечего моста с дифференциальным трансформаторным выходом, в смежные плечи которого включены идентичные измерительный и компен- 30 сационный элементы, общая точка которых является входом моста. средняя точка первичной обмотки трансформатора соединена с. шиной нулевого потенциала, экранирующий электропроводящий элемент, взаимодействующий с измерительным и компенсационными элементами, а также подключенные к вторичной обмотке трансформатора. последовательно соединенные синхронный детектор, синхронизирующий вход которого подключен к выходу генератора, и регистрирующий блок, о т. л и ч а ющ е е с я тем, что; с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции, экранирующий элемент выполнен в виде плоской пластины со сквозным отверстием, соединен с шиной нулевого потенциала и является рабочей поверхностью преобразователя, измерительный, компенсационный элементы и первичная обмотка трансформатора выполнены в виде параллельных линейных проводников, расположенных в плоскости, параллельной экранирующей. пластине, вторичная обмотка трансформатора выполнена в виде двух параллельных линейных проводников, расположенных в . плоскости, параллельной пластине и содержащих участки, параллельные линейным проводникам первичной обмотки трансформатора, одни концы проводников вторичной обмотки объединены и соединены с экранирующим элементом. а отверстие пластины расположено под измерительным элементом,