Устройство для измерения толщины покрытия Советский патент 1987 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, к области исследования материалов с помощью отраженного излучения, в частности к средствам измерения толщины покрытия.

Цель изобретения - повьшение точности измерения покрытий на изделиях сложной формы путем устпа- нения влияния изменений расстояния до объекта контроля.

На фиг. 1 изображено устройство дл измерения толщины покрытия; на фиг.2- зависимость величины телеснбго угла 57 от расстояния h от плоскости вход- него окна детектора до контролируемого покрытия; на фиг. 3 - зависимость

Г-N

плотности потока „ отраженного излу , i чения от расстояния п от плоскости

входного окна детектора до контролируемого изделия; на фиг. 4 - зависимость величины потока.отраженного излучения, регистрируемого детектором, от расстояния h ; на фиг. 5 - зависимость методической ошибки измерения толисины покрытия от расстояния h .

Устройство для измерения толщины покрытия, содержит располагаемые по одну сторону от объекта 1 контроля корпус 2 с входным окном 3, источник 4 ионизирующего излучения с коллиматором 5 и детектор 6.

Дете ктор 6 расположен в корпусе 2 на расстоянии

h

1

+ D/2 между плоскостью входного окна 7 детектора 6 и плоскостью входного окна 3 корпуса 2 (1 - расстояние от оси коллиматора 5 до входного окна 7 . детектора 6; D - диаметр входного окна детектора).

Коллиматор 5 ориентирован таким образом, что плоскость среза его выходной части проходит через точку пересечения образующей коллимационного отверстия 8 с плоскостью входного окна 3 корпуса 2 под углом

oi- arctg+ d/2

h

где d - диаметр коллимационного отверстия 8, и перпендикулярна плоскости, проходящей через ось коллиматора 5 и центр входного окна 7 детектора 6.

0

5

0

Устройство работает следующим образом.

Поток рентгеновского излучения источника 4, (например, трубки с выносным анодом) направляют через отверстие 8 коллиматора 5 на поверхность контролируемого объекта 1 с покрытием 9. Отраженное от контролируемого объекта излучение через окна 3 и 7 попадает на детектор 6, причем на детектор попадают кванты, отраженные только в угле со . Электрические импульсы, соответстпующие зарегистрированным квантам отраженного излучения, с выхода детектора 6 поступают на пересчетную схему (не показана). Количество зарегис:трированных квантов отраженного излуч(ния характеризует толнщну покрытия,

При удалении устройства от конт- .ролируемого изделия происходят два процесса: изменение телесного угла П. регистрации квантов отраженного из- 5 лучения детектором 6 от расстояния h от детектора 6 до контролируемого изделия 1 (кривая на фиг. 2); увеличение плотности потока отраженного излучения в единичный телесный угол 0 в пределах угла СО за счет уменьшения поглощения отраженного излучения материалом покрытия из-за уменьшения пути, пройденного квантами отраженного излучения в .материале покрытия с уменьшением углаci(кривая на фиг. 3).

Существует некоторое оптимальное расстояние h, при котором с увеличением расстояния h от входного окна детектора до контролируемого объекта 1 количество зарегистрированных кван-, тов отражённого излучения детектором 6 не зависит от положения объекта относительно входного окна устройства (фиг. 4). Оптимальное расстояние характеризуется выражением

1 + D/2 - -„. ,

5

0

5

h

где I - расстояние от оси коллиматора до входного окна детектора;

D - диаметр входного окна детектора ,

и определяет расстояние между плоскостью входного окна 3 устройства и Плоскостью входного окна 7 детектора 6 .,Это расстояние соответствует точке К перегиба кривой (фиг. 2) зависимости величины телесного угла п. от расстояния h от входного окна детек,.тора до контролируемого объек-та 1 .

.При увеличении h больше h, соответствующего точке К перегиба .

(фиг. 2) и определенного по указанному соотношению, величина телесного угла уменьшается, а плотность потока отраженного излучения возрастает (фиг. 3). В пределах расстояний h , превьштающих h на 1-2 см, величина потока отраженного излучения, зарегистрированного детектором 6, не зависит от положения контролируемой по- верхности объекта относительно входного окна устройства, так как происходит взаимная компенсация двух процессов.

Указанное соотношение может быть определено следующим путем.

Величина теттесного угла Q для указанных на фиг. 1 обозначений может быть записана как

а

4(h ):

.+ (1 + В/2)

Взяв Лроизводную и приравняв нулю:

(h )2 + (1 + D/2) (h )2 + + (1 + D/2)2. - 3(h )0 0, получают 2(h )2 (1 + 0/2);

, , 1 +D/2 h h .

Методическая ошибка измерения толщины покрытия минимальна в пределах плато кривой на фиг. 5. Плато начинается при h h. Ширина плато, в котором наблюдает,ся минимум ошибки измерения определяется величинами 1, D и зависящей от ник величиной h устройства.

Коллиматор в данном устройстве имеет длину, равную расстоянию от источника 4 излучения, до входного окна 3 устройства. При этом он усечен плоскостью, проходящей через точку А пересечения внутренней образую- щей коллимационного отверстия диаметром d с плоскостью входного окна 3

1 +d/2 устройства под углом «6 arctg-г

и перпендикулярной плоскости, проходящей через ось коллиматора и центр входного окна 7 детектора 6.

Угол, под которым усечен коллиматор, может быть определен из фиг. 1,

При выполнении угла si ; arctg-

увеличивается площадь контроля, что ухудшает точность измерения на изделиях с малым радиусом кривизны.

1 + d/2 h

При вьтолнении угла ci arctg

детектор затеняется коллиматором источника, что приводит к ухудшению точ ности измерения толпщны из-за очень малого диапазона возможных изменений расстояния входное окно устройства - контролируемый объект (как это имеет место в известном устройстве).

Формула Изобретения

Устройствр для измерения толщины покрытия, содержащее располагаемые по одну сторону от объекта контроля корпус с входным окном, источник ионизирующего излучения с коллиматором и детектор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения толщины покрытий на изделиях сложной формы, детектор расположен в корпусе на расстоянии h (L + D/2)/-42 от плоскости входного окна детектора до плоскости входного окна корпуса, где 1 - расстояние от оси коллиматора до входного окна детектора, D - диаметр входного окна детектора, а коллиматор ориентирован таким образом, что плоскость среза его выходной части проходит через точку пересечения образующей коллимационного отверстия с плоскостью входного окна корпуса под углом к этой плоскости

об arctg + d/2h

где d - диаметр коллимационного-отверстия, ,и перпендикулярна плоскости, проходящей через ось коллиматора и центр входного окна детектора.

fl W po9

,3 ,2 ,

W 0,9

N JT

отн.ед.

0,3

OJ

o.s

0 1 i 3 I, 5 h ,CH 0,7 Фие. г

rf.%

п

к

к

Составитель В. Парнасов Редактор А. Огар Техред И.Верес КорректорК. Шароши

Заказ 5767/37 Тираж 677Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113f)35, MocKia, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1231,} Фи( .3

If (рое. 5

h ,:H

Изобретение относится к измерительной технике, к области- исследования материалов с помощью отражен- ного излучения, а именно к средствам измерения толщины покрытия. Целью изобретения является повьг- тение точности измерения толщины покрытий на изделиях сложной формы путем уменьшения влияния изменений расстояния до объекта контроля. Рентгеновское излучение источника 4 через, коллиматор 5 попадает на объект 1 контроля и, рассеявшись на нем, попадает во входное окно 7 детектора 6. Детектор расположен в корпусе 2 на ра сстоянии h (1 + 0/2)/- мезвду плоскостью входного окна 7 детектора , 6 и плоскостью входного окна 3 корпуса 2, где 1-расстояние от оси коллиматора до входного окна детектора; D - диаметр входного окна детектора. 5 ил. W со ел ел 00 О5 а Фие.1