Способ измерения толщины никелевых покрытий на немагнитных изделиях Советский патент 1989 года по МПК G01B7/06 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частно- . сти к измерению линейных размеров, и может быть использовано на предпри- машиностроительной и радиопромышленности для измерения толщин гальванических двухсторонних никелевых покрытий на тонких немагнитных изделиях.

Цель изобретения - расширение области применения за счет контроля двухсторонних покрытий и повьш1ение точности измерений за счет толщины покрытия на противоположной стороне изделия.

Сущность способа заключается в следующем.

Из теории магнитного пондермотор- ного (магнитоотрывного) метода известно, что при контроле никелевых

покрытий усилие притяжения постоянио- го магнита можно записать в виде

V ™

Г

1

1/k +1/2

h а + h

(I)

где К - коэффициент пропорциональности; m - магнитный заряд полюса магнита; k - магнитная восприимчивость никеля; h толщина никелевого слоя. Поскольку величина полюсного расстояния постоянного магнита а значительно превышает толщину h (для обычных гальванических покрытий), то пренебрегая значением h в. знаменателе формулы (1) можно записать

ел

к ь.

(2)

Как показьшает практика в диапазоне 2-20 мкм толщины никеля завнси- мость отрьюного усилия от толщины

блиэ1|:а к линейной. Однако это справедливо только для одностороннего покрытия. При контроле же двухстороннего покрытия на результат измерения оказьтает влияние не только измеряемая накладШ)1м преобразователем толщина никелевого покрытия на лицевой стороне, но и на обратной стороне контролируемого изделия. Следовательно, усилие притяжения постоянного магнита в этом случае будет иметь вид. .

F F «- F K,h + ., (3)

где F и F, - усилия притяжения магнита к каждому слою двухстороннего никелевого покрытия с толщинами соответственно h и h на каждой стороне; К, и Kj, - коэффициенты пропорциональности, не меняющиеся в процессе измерения.

Коэффициент К можно определить, измеряя одностороннее покрытие на лицевой сторо-не изделия. Для этого используют образцы с различной толщиной гальванического никелевого по- крытия на немагнитном основании, аттестованной с точностью 0,1 мкм прямым методом. В пределах толщин никеля 2-20 мкм зависимость отрывного усилия от толщины никеля F f(hj) близка к линейной.

Для нахождения коэффициента Kj. измеряют (для заданного h, ) величину отрывного усилия при постоянной величине никелевого покрытия на лицевой стороне и переменной величине никеля на обратной стороне. Другими словами, получаем ряд соотношений

F K,h,

F K,h, + Kjha.

Из этой системы определяем коэффициент Kj.

Таким образом, определяют два коэффициента К, и К, причем К зависит в основном от параметров по- стоянного магнита, а К является функцией одновременно и параметров магнита и толщины немагнитного основания изделия .

Для точного определения толщин двухстороннего никелевого покрытия необходимо в одной и той же точке провести измерения отрывного усилия

постоянного магнита на лицевой и обратной сторонах контролируемого изделия. Кроме того, предварительно необходимо определить толщину немаг нитного основания изделия. Это соответствует получению системы уравнений:

F, K,h, + F,j K(hj, + Kjh.j

Поскольку коэффициенты К и К определены заранее, получаем значения толщин на каждой стороне:

ь - Ми-ЛАЬ. h , - F,K

h, - {ji. Ki K - КЗ

t

(

4

0 Принципиально предлагаемый способ может быть реализован любым известным толщинометром, имеющим в качестве чувствительного элемента постоянный магнит, по известной методике из- 5 мерения пондеромоторной силы притяжения к образцу. Измерительный постоянный магнит устанавливают на поверхность испытуемого изделия, постепенно увеличивают внешнюю силу до момен0 та отрыва магнита и измеряют силу отрыва постоянного магнита. Дополнительно измеряют силу отрыва при установке магнита на покрытие с противоположной стороны изделия. Для измерения отрывного усилия постоянного магнита может быть использован, например толщиномер типа МТА. Основными элементами устройства толщиномера МТА являются: постоянньй магнит, задо крепленный на уравновешенном рычаге, спиральная пружина, создающая отрывное усилие, а также щкала и индикаторная стрелка. С целью минимизации погрешности измерений вследствие вли45 яния различной магнитной проницаемости никеля (различных напряжений никелевого покрытия) постоянный магнит толщиномера выполнен из высококоэрцитивного материала КС-37А, имеющего следующие магнитные характерис тики: Н 560 кА/м, В 0,82 Тл. При закручивании спиральной пружины начинает постепенно увеличиваться крутящий момент, действующий на рычаг и стремящийся оторвать измери-

тельный постоянный магнит от изделия. При этом индикаторная стрелка перемещается по щкале и в момент равенства силы притяжения и силы отрыва

51

(момент отскока магнита) по углу закручивания внутреннего конца спиральной пружины посредством отсчета показаний по шкале, судят о величше отрывного усилия.

Практически определение толщин двухстороннего покрытия удобнее осуществлять по заранее составленным графикам или таблицам.

Таким образом, предлагаемый спосо позволяет точно измерять толщины никелевого покрытия при двухстороннем его нанесении на тонкие (порядка 1 мм) немагнитные изделия за счет учета влияния никеля на противолежа щей стороне изделия.

Формула изобретения

Способ измерения толщины никелевых покрытий на немагнитных изделиях, заключающийся в измерении величины отрывного усилия. F. постоянного маг-

,

нита, установленного на покрытие, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет контроля двухсторонних никелевых покрытий и повышения точности нзмерений, дополнительно измеряют величину отрывного усилия F постоянного магнита при его установке на покрытие с противоположной стороны изделия, а толщины покрытий hf и h с каждой стороны изделия определяют по соотношениям

и F, Kj - FtKt .

IfZ-

1

Ifi K.J

FjK, - F Kf

jr i V4

ift N4

где К. и Kj - коэффициенты, завися- сящие соответственно от параметров постоянного магнита и толщины немагнитного основания, изделия для данного типа постоянного магнита.

Изобретение относится к области измерения линейных размеров. Оно позволяет повысить точность измерения толщин двухсторонних никелевых покрытий на тонких немагнитных материалах . Расширение области применения и повышение точности достигается за счет того, что измеряют толщину изделия до покрйлтия, после чего в одной и той же точке с обеих сторон изделия величины отрывных усилий постоянного магнита и по результатам этих измерений с учетом влияния покрытия на противолежащей стороне изделия судят о толщине никелевого покрытия на каждой стороне.