Устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов Советский патент 1983 года по МПК G01B7/16 

. Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению остаточных напряжений при травлении образцов.

Известно устройство для измерения .напряжений при травлении образцов, содержащее травильную ванну с установленными в ней захватами, датчиками толщины и прогиба образцов, электронно-вычислительный блок, вып полненный в виде двух измерительных каналов, подключенных к соответствующим датчикам,-и регистратор С13.

Недостатком этого, устройства является низкая точность измерений, так как оно определяет только одну компоненту напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов, содержащее травильную ванну с установленньпми в ней захватами и датчиками веса.-образца, деформаций, толщины стравленного слоя, электронновычислительный блок, .выполненный в виде трех каналов, подключенных к соответствующему датчику, и регистратор в виде цифророго вольтметра/ первый канал выполнен в виде последовательно включенных блока запаздывания, первого сумматора и подключенного параллельно блоку запаздывания инвертора, входы которых подключены к датчику деформаций, а выходы -к вторрму каналу, второй канал выполнен в виде последовательно включенных датчика толщины стравленного слоя, инвертора, второго

10 сумматора и подключенного параллельно инвертору блока запаздывания, выход второго канала подключен к регистратору, третий канал выполнен в виде-последовательно включенных

15 первого блока перемножения и первого блока, пропорциональности, выход которого подключен к второму каналу 2.

Недостатком известного устройства

20 является невысокая точность измерений, так как оно не учитывает изме нения свойств поверхностного слоя в процессе травления.

Целью изобретения является повы25шение точности измерений,

.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов, содержащее травиль30ную ванну с установленными в ней захватами и датчиками деформаций, толщины стравленного слоя,электронно-вычислительный блок, выполненный в- виде трех каналов, подключенных к соответствующему датчику, и регистратор в виде цифрового вольтметра, первый канал выполнен в виде последовательно включенных блока запазды вания, первого сумматора и подключенного параллельно блоку запаздывания инвертора, входы которых подключены к датчику деформаций, второ канал выполнен в виде последователь но включенных датчика толщины страв ленного слоя, инвертора, второго сумматора и подключенного параллель но инвертору блока запаздывания, третий канал выполнен в виде последовательно включенных первого блока перемножения и первого блока пропорциональности, снабжено датчиком толщины образца, подключенным к вхо ду третьего канала, последовательно включенными вторым блоком перемножения, блоком интегрирования, вторым блоком пропорциональности, третьим сумматором, выход которого подключен к регистратору, а вход второго блока перемножения подключен к входу первого канала, последовательно включенными блоком деления третьим блоком перемножения, .третьим блоком пропорциональности, выход которого подключен к третьему сумматору, четвертым блоком пропорциональности, выход которого подклю чен к регистратору, а вход - к вход инвертора первого канала, четвертым .блоком перемножения, выход которого подключен к второму блоку перемноже ния, а вход - к входу первого блока перемножения, другой вход которого подключен к входу первого канала, вторым цифровым вольтметром и подключенными к нему последовательно транскриптором и цифропечатающей машиной. На фиг. 1 схематически показано устройство, общий вид.на фиг.2 блок-схема электронно-вычислительного блока. Устройство для измерения остаточ ных напряжений при травлении образцов содержит травильную ванну 1, с установленными в ней захватами 2 и датчиками 3-5 деформаций, соответ/:твеннЬ толщины стравленного сло толщины образца, электронно-вычисли тельной блок б в виде трех измерительных каналов 7-9, подключенных к соответствующим датчикам 3-5, и регистратор 10, первый канал выполн в виде последовательно включенных инвертора 11, первого сумматора 12, блока 13 деления, третьего блока 14 перемножения, третьего блока 15 про порциональности и второго сумматора 16, выход которого подключен к регистратору 10, последовательно включенных второго блока 17 перемножения, блока 18 интегрирования, второго блока 19 пропорциональности, выход которого подключен к второму сумматору 16, и блока 20 запаздывания, вход которого подключен к инвертору 11 первого канала, а выход - к первому сумматору 12, второй канал 8 выполнен в виде последовательно включенных инвертора 21, второго сумматора 22, и подключенного парашлельно инвертору 21 второго канала 8 блока 23 запаздывания, четвертого блока 24 пропорциональности, вход которого подключен к входу инвертора 21 второго канала, а выход - к регистратору 10, третий канал выполнен в виде последовательно включенных первого блока 25 перемножения, первого блока 26 пропорциональности, выход которого подключен к второму сумматору 16, четвертого блока 27 перемножения, выход которого подключен к второму сумматору 16, а входы соединены с входом третьего канала 9, а регистратор -10 вьтолнен в виде двух цифровых вольтметров 28 и 29 и подключенных к ним последовательно транскриптора 30 и цифропечатающей машины 31, а каждый . из датчиков 3-5 подключен к электронно-вычислительному блоку 6 через выпрямитель 32 и фильтр 33. Устройство работает следующим образом. Образец 34 помещают в травильную ванну 1. К ваннэ 1 подводят отрицательное напряжение, к образцу - положительное . В процессе травления с образца 34 последовательно снимают слои металла и под действием остаточных напряжений образец 34 деформируется . Датчики 3 - 5 Контролируют соответственно деформацию, толщину стравленного слоя и толщину образца. Сигнал с датчиков 3-5 через соответствующие выпрямители 32 и фильтры 33 поступают в электронно-вычислительный блок 6, который состоит из трех каналов 7 - 9. В первом канале 7 сигнал от датчика 3 деформаций поступает одновременно на инвертор 11 и блок 20 запаздывания. После суммирования этих сигналов в первом сумматоре12 образуемся сигнал: )/4t)). (1) где Лл t) - сигнал датчика деформа(-1) V (i-t}- сигнал блока запаздывания;время запаздывания; t - текущее время. Во втором канале 8 аналогичное преобразование сигнала позволяет записать для толщины стравленного слоя )v2{t)-v2(t -Т), (2.) где ) - сигнал датчика де формаций; V (t-T) - сигнал блока запаздывания второго канала. Остаточные напряжения обычно оп ределяются в виде: Й(0 К (1i-«) («)-4{1i-a)f (oiHzf f ()d где К - коэффициент, характеризующий образец; h - толщина образца; а - толщина стравленного слоя; f(1) - текущий прогиб образца/ - текущая координата слоя f(a) - прогиб образца. С учетом линейности сигналов да чиков 3-5 можно записать; f ); ); h-a -Kj/U) ); ), где VV5Mt) - сигнал датчика толщ ны образца, . , постоянные коэффици ты, определяющиеся тарировании датчиков 3-5. В формуле (3) третье слагаемое представляет собой интеграл а 2KJ(f)df. Поскольку предлагйемое устройство позволяет выполнять операции непосредственно только во времени, для интегрирования по аргументу заменяют указанный интегра на trt j f jll-. где ta - время стравливания слоя ТОЛЩИНОЙ а; - - приближенно соответствуе в предлагаемом устройстве М . Тогда формула (З) принимает вид i г гя1 1г m ))- -4KK/3V (t)(,K2| ()ЛУ|(Ш Обозначив КК К,„ 4КК к т -. 1де т, 1п,т2 - постоянные коэффициенты, получаем: 6(0, )) -|j- )V(i)t ) +тЛ )ai Таким образом, на втором сумматоре 16 суммируются три сигнала. Сигнал,, соответствующий третьему члену формулы (4), который формируется последовательно включенными вторым, блоком 17 перемножения, блоком 18 интегрирования и вторым блоком 19 пропорциональности. Сигнал,соответствующий второму члену формулы (4), который формируется последовательно включенными блоком 13 деления, третьим блоком 14перемножения- и третьим блоком 15пропорциональности, а также сиг- нал, соответствующий первому числу формулы (4) , который формируется первым блоком 25 перемножения и первым блоком 26 пропорциональности. После второго сумматора 16 сигнал поступает в регистратор 10, где регистрируется цифровыми вольтметрами 28 и 29, и после транскриптора 30 печатается на цифровой печатающей машине 31. Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерений остаточных напряжений за счет учета всех факторов, влияющих на величину остаточных напряжений в образцах. Кроме того, электронно-вычислительный блок позволяет в реальном масштабе времени определять текущее значение величины остаточных напрязкений. Формула изобретения Устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов, содержащее травильную ванну, с установленнь1ми в ней захватами и датчиками деформаций, толщины стравленного слоя, электронно-вычислительный блок, выполненный в виде трех каналов, подключенных к соответствукяцему датчику, и регистратор. .в виде цифрового вольтметра, первый канал выполнен в Виде последовательно включенных блока запаздывания , первого сумматора к подключенного параллельно блоку запаздывания инвертора, входы которых подключены к дйтчику деформаций, второй к-ансш выполнен в виде последовате(ль«о включенных -датчика толщины стравленного слоя, инвертора, второго сумматора и подключенного параллельно инвертору блока запаздывания, третий канал выполнен в виде последов тельно включенных первого блока перемножения и первого блока пропорциональности, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено датчиком толщины образца, подключенным к входу третьего канала, последовательно Включенными вторым блоком перемножения, блоком интегрирования, вторым блоком пропорциональности, третьим сумматоре, выход которого подклюг чей к регистратору, а вход второго блока перемножения подключен к входу первого канала, последовательно включенными блоком деления,.третьим блоком перемножения, третьим блоком пропорцион,альности, выход которого подключен к третьему сумматору.

четвертым блоком пропорциональности выход которого подключен к регистратору, а вход - к входу инвертора первого канала, четвертым блоком перемножеЬия, выход которого подключе к второму блоку перемножения, а вход - к входу первого блока перемножения, другой вход которого подключен к входу первого канала, вторым цифровым вольтметром и ,подключенными к нему последовательно транскриптором и цифропечатающей

МсШИНОЙ .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Автфрское свидетельство СССР № 567088., кл, G, 01 В 7/16, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2948070,

кл. G, 01 В 7/16, 1980 (прототип