СПОСОБ МАГНИТООПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01N27/82 G01N27/83 

Изобретение относится к области прикладной магнитооптики, в частности к методам неразрушающего контроля материалов на наличие дефектов, и может быть использовано при выявлении дефектов в изделиях, которые содержат ферромагнитные материалы и имеют поверхность произвольной формы, а также в криминалистике при проведении трассологических экспертиз и криминалистического исследования автомобильного транспорта.

Среди неразрушающих методов контроля материала на наличие дефектов используется метод визуализации магнитных полей, который основан на использовании магнитооптических пространственно-временных модуляторов света, работающих на эффекте Фарадея.

Известный способ магнитооптического контроля изделия, который заключается в том, что на поверхность предварительно намагниченного материала наносят магнитооптическую пленку, затем получают и визуализируют распределение намагниченности в магнитооптической пленке, и по визуализированной картине осуществляют оценку изделия (SU, 452786, G 01 N 27/82) [1]. При контроле изделия неплоской формы используют промежуточный гибкий магнитный носитель. Гибкий магнитный носитель накладывают на поверхность изделия, обычным магнитографическим методом оставляют на нем отражение дефекта, и потом из гибкого магнитного носителя получают и визуализируют распределение намагниченности в магнитооптической пленке.

Недостатками известного способа являются малая разрешающая способность при выявлении дефектов изделия, которые находятся в середине или на небольшом расстоянии от поверхности изделия, а также низкая чувствительность и малая разрешающая способность при использовании промежуточного гибкого магнитного носителя.

Наиболее близким является способ магнитооптического контроля изделия, который заключается в формировании магнитного поля в зоне контроля изделия, получении и визуализации распределения намагниченности в магнитооптической пленке и оценке изделия по визуализированной картине, при этом, магнитооптическую пленку размещают вблизи поверхности изделия (WO, 93/11427, G 01 N 27/83, G 01 N 27/90) [2].

Известный способ благодаря формированию магнитного поля перед регистрацией распределения намагниченности в зоне контроля изделия является более чувствительным, но характеризуется невысокой разрешающей способностью, особенно, при контроле изделия с лакокрасочным покрытием, имеющего реальную толщину этого покрытия. Этот способ не может использоваться при контроле изделий с неплоскою поверхностью, а при контроле дефектов, находящихся внутри изделия, резко падает разрешающая способность способа.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа магнитооптического контроля изделия путем копирования распределения намагниченности на гибкий магнитный носитель при возбуждении магнитного поля с градиентом в зоне контроля изделия, что обеспечивает повышение разрешающей способности и чувствительности способа, а также позволяет контролировать изделия с неплоской поверхностью. Способ характеризуется высокой чувствительностью и высокой разрешающей способностью при контроле изделий, имеющих лакокрасочное покрытие и неплоскую поверхность, а также может использоваться для контроля дефектов, находящихся внутри изделий.

Поставленная задача решается предложенным способом магнитооптического контроля изделия, который включает формирование магнитного поля в зоне контроля изделия, получение и визуализацию распределения намагниченности в магнитооптической пленке, и оценку изделия по визуализированной картине, в котором перед формированием магнитного поля к поверхности контролируемого изделия прижимают гибкий магнитный носитель, формирование магнитного поля осуществляют возбуждением магнитного поля с градиентом, после чего копируют магнитное поле при перемещении его вдоль поверхности изделия на гибкий магнитный носитель, а распределение намагниченности в магнитооптической пленке получают из копии распределения намагниченности, полученной на гибком магнитном носителе.

Для контроля поверхности изделия формируют магнитное поле, которое пропускают через гибкий магнитный носитель.

Для контроля не только поверхности, а и всего изделия, формируют магнитное поле, которое пропускают через контролируемое изделие и через гибкий магнитный носитель.

В процессе исследований было установлено, что при создании градиентного магнитного поля на неоднородностях изделия происходит модуляция этого поля, что фиксируется на гибком магнитном носителе. Если воздействовать на контролируемое изделие внешним источником магнитного поля с большим градиентом через гибкий магнитный носитель, то магнитное поле концентрируется на небольшом участке изделия. Это внешнее поле замыкается через контролируемое изделие и там, где есть в изделии дефекты, деформируется. Копирование магнитного поля на гибкий магнитный носитель проходит спадающей стороной магнитного поля. Чтобы записать развертку распределения намагниченности контролируемого изделия необходимо источник внешнего магнитного поля с градиентом перемещать вдоль поверхности изделия, прижимая гибкий магнитный носитель к его поверхности. При выборе небольшой амплитуды внешнего магнитного поля магнитное поле проходит через гибкий магнитный носитель и замыкается практически на поверхности изделия, что дает возможность проанализировать дефекты изделия, сконцентрированные на поверхности. При увеличении амплитуды внешнего магнитного поля магнитное поле проходит через гибкий магнитный носитель и контролируемое изделие, в результате чего контролируются дефекты в глубине изделия, но при этом уменьшается чувствительность способа - необходимо больше энергии для создания градиентного магнитного поля. Было установлено, что для контроля дефектов в глубине изделия градиентное магнитное поле нужно пропускать через контролируемое изделие и гибкий магнитный носитель. Повышение разрешающей способности в этом случае по сравнению с прототипом связано с тем, что в прототипе контролируются магнитные поля рассеяния на дефектах на поверхности изделия. Если дефект, на котором создается это магнитное поле рассеяния, находится в середине изделия, то пока это поле достигает поверхности, оно расползается. В предложенном способе градиентное магнитное поле создается в середине исследуемого изделия. Оно модулируется дефектом и, не расползаясь, записывается на гибкий магнитный носитель. Который и контролируется потом магнитооптической пленкой. При этом в обоих случаях предложенного способа покрытие изделия неферромагнитного происхождения не влияет на полученную копию намагниченности.

Изобретение объясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - способ контроля изделия при возбуждении магнитного поля с градиентом для контроля поверхности изделия;
на фиг. 2 - способ контроля изделия при возбуждении магнитного поля с градиентом для контроля дефектов в глубине изделия.

На фиг. 1 изображено контролируемое изделие 1, которое имеет лакокрасочное покрытие 2, гибкий магнитный носитель 3, источник сильно градиентного магнитного поля. Источник сильно градиентного магнитного поля может состоять из двух постоянных магнитов 4 и 5, каждый из которых имеет полюса N и S, и концентратора 6. Вместо двух постоянных магнитов может быть использован один постоянный магнит. В контролируемом изделии присутствует на поверхности изделия под лакокрасочным покрытием дефект 7.

На фиг. 2 изображено контролируемое изделие 1, имеющее лакокрасочное покрытие 2, гибкий магнитный носитель 3, источник сильно градиентного магнитного поля. В этом случае источник сильно градиентного магнитного поля может состоять из двух постоянных магнитов 4 и 5, соединенных гибким магнитопроводом 8. Вместо двух постоянных магнитов может быть использован один постоянный магнит с полюсами N и S. В глубине контролируемого изделия имеется дефект 7.

Способ реализуется таким образом.

Гибкий магнитный носитель 3 прижимают к поверхности контролируемого изделия 1, на котором может быть лакокрасочное покрытие 2. В зоне контроля изделия формируют магнитное поле возбуждением магнитного поля с градиентом с помощью источника сильно градиентного магнитного поля. При контроле поверхности изделия источник сильно градиентного магнитного поля может состоять из двух постоянных магнитов 4 и 5, каждый из которых имеет полюс N и S, и концентратора 6, как показано на фиг. 1, а при контроле внутренних дефектов изделия источник сильно градиентного магнитного поля может состоять из двух постоянных магнитов 4 и 5, соединенных гибким магнитопроводом 8, как показано на фиг. 2.

При перемещении магнитного поля с градиентом вдоль поверхности контролируемого изделия 1 параллельно вектору V распределение магнитного поля копируют на гибкий магнитный носитель 3. При этом гибкий магнитный носитель 3 прижимают к поверхности контролируемого изделия 1 через слой покрытия 2 с помощью концентратора 6 (фиг. 1) или одного из полюсов постоянного магнита (фиг. 2). Внешнее магнитное поле, проходящее через гибкий магнитный носитель, через поверхность контролируемого изделия (фиг. 1), или через контролируемое изделие (фиг. 2), деформируется на дефектах 7 (фиг. 1 или фиг.2).

Гибкий магнитный носитель 3 с полученной копией распределения намагниченности размещают и прижимают к зеркально- защитному покрытию магнитооптической пленки, получают и визуализируют распределение намагниченности в магнитооптической пленке, и по визуализированной картине проводят оценку изделия.

Пример. Контролировали дефекты на поверхности агрегатов автомобильного транспорта (кузов) в районе номерной площадки под слоем краски. Сначала на поверхность номерной площадки накладывали гибкий магнитный носитель 3 - магнитную пленку типа И-4404 магнитным слоем к поверхности. Потом источником сильно градиентного магнитного поля, который состоит из двух постоянных магнитов 4 и 5 из бариевого феррита и концентратора 6 из магнитопроводящего сплава "армко", при прижатой магнитной пленке к поверхности проводили вдоль контролируемого изделия. В этом и состоит процесс создания внешнего магнитного поля с градиентом и копирование магнитных полей, деформированных на дефектах контролируемого изделия, на гибкий магнитный носитель 3. Дальше из гибкого магнитного носителя 3 с копией распределения намагниченности получали и визуализировали распределение намагниченности в магнитооптической пленке магнитооптического устройства, которое включает также источник света, поляризатор, линзу, светоделительную пластинку и анализатор. В качестве магнитооптической пленки использовали выращенную на подложке из гадолиний-галлиевого граната висмутсодержащую феррит-гранатовую пленку с периодом доменной структуры 16 мм, с нанесенным на нее зеркально-защитным покрытием из нитрита титана. Магнитооптическая пленка размером 16 мм х 12 мм (размер пленки определялся размером цифр, из которых набивался номер агрегата автомобиля) оптическим клеем со стороны подложки была наклеена на плоскую поверхность плосковыпуклой линзы, обрезанной по форме магнитооптической пленки, с фокусным расстоянием 25 мм. В качестве светоделительной пластины использовалась стеклянная пластинка толщиной 1,5 мм, с одной стороны которой было нанесено широкополосное отражающее покрытие с коэффициентом отражения 50%, а с другой стороны - широкополосное просветляющее покрытие. Плоскость магнитооптической пленки отображалась в плоскость фотоприемника с зарядовой связью блока регистрации, в качестве которого использовалась 1/3 дюймовая телекамера, с помощью еще одной линзы, в качестве которой использовался миниатюрный объектив с линейной световой апертурой 6 мм. Для того, чтобы расходящиеся световые лучи источника света, отразившись от зеркальной поверхности магнитооптической пленки, попали в апертуру второй линзы, первая линза отображала источник света в плоскость второй линзы.

Для получения контрастной картины перед видеокамерой устанавливался сине-зеленый светофильтр СЗС-24, что позволило использовать широкополосный источник света, каким является например, миниатюрная галогенная лампочка. Для топографирования гибкого магнитного носителя с копией распределения намагниченности картины поверхности металла, его плотно прижимали к магнитооптической пленке.

Выявлено, что на некоторых цифрах номера наблюдались следы механической обработки и, кроме того, визуализировалась часть старого номера агрегата автомобиля. Все это было выявлено без снятия слоя краски.

Аналогично контролировались дефекты в глубине агрегата автомобиля в районе номерной площадки. Для этого схема записи магнитных полей, деформированных на дефектах, была такая, как показано на фиг. 2. Постоянные магниты были из бариевого феррита, гибкий магнитопровод - из нескольких проволок сплава "армко". После записи деформированных магнитных полей гибкий магнитный носитель исследовали аналогично предыдущему случаю. При этом была выявлена часть старого номера агрегата автомобиля без снятия слоя краски.

Использование заявляемого способа обеспечивает выявление дефектов в изделиях с периодом в несколько микрон (то есть разрешающая способность метода - единицы микрон), а в качестве источника сильно неоднородного магнитного поля, позволившего копировать дефекты изделия на гибкий магнитный носитель, используется магнит из бариевого феррита размером 20мм х 5мм х 2мм, который позволяет уменьшить энергетику копирования дефектов по сравнению с магнитографическим методом в 100-1000 раз. Способ характеризуется высокой чувствительностью и высокой разрешающей способностью при контроле изделий, имеющих лакокрасочное покрытие, а также может использоваться для контроля дефектов, которые находятся внутри изделий.

Изобретение промышленно может быть использовано в магнитооптических методах контроля, предназначенных для контроля дефектов и для контроля за подделкой, например, заводских номеров на агрегатах автомобильного транспорта.

Изобретение относится к области прикладной магнитооптики, в частности к методам неразрушающего контроля материалов на наличие дефектов, и может быть использовано при выявлении дефектов в изделиях, которые содержат ферромагнитные материалы, а также в криминалистике. Предложенный способ включает прижимание гибкого магнитного носителя к поверхности контролируемого изделия, формирование магнитного поля, копирование магнитного поля при перемещении его вдоль поверхности изделия на гибкий магнитный носитель, получение и визуализацию распределения намагниченности в магнитооптической пленке из копии распределения намагниченности, полученной на гибком магнитном носителе. Технический результат - повышение чувствительности и разрешающей способности при контроле изделий, имеющих лакокрасочные покрытия, а также возможность использования способа для контроля дефектов, находящихся внутри изделий. 2 ил.

Способ магнитооптического контроля изделия, включающий формирование магнитного поля в зоне контроля изделия, получение и визуализацию распределения намагниченности в магнитооптической пленке и оценку изделия по визуализированной картине, отличающийся тем, что перед формированием магнитного поля к поверхности контролируемого изделия прижимают гибкий магнитный носитель, осуществляют формирование магнитного поля, после чего копируют магнитное поле, деформированное на дефектах контролируемого изделия на гибкий магнитный носитель, затем распределение намагниченности в магнитооптической пленке получают из копии распределения намагниченности, полученной на гибком магнитном носителе.