Толщиномер покрытий и способ его настройки Советский патент 1989 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено в устройствах бесконтактного измерения толщины покрытий с использованием флуоресцентного излучения материала покрытия.

Целью изобретения в части толщиномера является расширение функцио- напьт.х возможностей и повышение точности измерений путем обеспечения оперативной перенастройки толщиномера на измерение покрытий иного соста- ва, чем то, на которое он настроен, и повышение производительности настройки путем оптимальной настройки каналов флуоресцентного и реперного излучения по образцам с различной толрданой основания.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого толщиномера покрытий.

Толщиномер содержит pacnonaraeNbie по одну сторону от объекта 1 контро- .ля источник 2 излучения в контейнере 3 с коллимирующими отверстиями 4 и 5 для реперного и рабочего пучков, детектор 6 излучения, последовательно

р

00 4 СО

10

31469349

соединенные дифференциальный дискриминатор 7 и счетчик 8, образующие канал рассеянного излучения, последовательно соединенные второй дифференциальный дискриминатор 9, схему 10 антисовпадений, второй счетчик 11, цифровой компаратор 12, трехвхо- довый элемент И 13, образующие канал реперного излучения, последовательно соединенные третий дифференциальный да1скриминатор 14, вторую схему 15 антисовпадений, третий счетчик 16, второй цифровой компаратор 17, второй трехвходовый элемент И 18 и регистрирующее устройство 19, образующие канал флуоресцентного излучения, входы каналов рассеянного, ре- перного и флуоресцентного излучений соединены с выходом детектора 6, последовательно соединенные таймер- ный счетчик 20 и блок 2 управления, выход которого подключен к вторым входам трехвходовых элементов И 13 и 18 реперного и флуоресцентного ка- 25

«5

20

налов, блоки 22 и 23 предварительной установки чисел реперного и флуоресцентного каналов, кодовые выходы которых подключены к соответствующим входам цифровых компараторов 12 и 0 17 соответствуюпщх каналов, вторые входы схем 10. и 15 антисовпадений ре- перного и флуоресцентных каналов подключены к выходам цифровых компараторов 12 и 17 соответствующих ка- „ налов, третьи входы трехвходовых элементов И 13 и 18 каналов реперного и флуоресцентного излучения под- ютючены к выходам дифференциальных дискриминаторов 9 и 14 своих кана- Q лов, входы обнуления счетчиков Пи 16 реперного и флуоресцентных каналов подключены к выходу счетчика 8 рассеянного излучения, а также последовательно соединенный генератор 24 импульсов стабильной частоты и переключающее устройство 25, второй вход которого подключен к выходу трехвходового элемента И 13 канала реперного излуче1ния, а выход - к входу таймерного счетчика 20,

Толщиномер работает следующим образом.

Спектрометрический детектор 6 регистрирует одновременно реперное излучение, поступающее непосредственно от источника 2 через отверстие 4 реперного пучка, флуоресцентное излучение покрытия 26 и рассеянное осно45

50

55

т п м с ло ци н ля ва то ры вх ни ве ус го вх ст ви из сч ка на ме за чи вы то ло ет ка сч вх на

9

4

ванием 27 излучение, возникающее при облучении контролируемого образца 1 рабочим Пучком 3 источника 2. Импульсы с выхода детектора 6 поступают на входы амплитудных дифференциальных дискриминаторов 9, 7 и 14, выделяющих из всего потока импульсов соответственно потоки импульсов реперного, рассеянного и флуоресцентного каналов.

5

«5

0

0 „ Q

5

0

5

С а,1хода дифференциального дискри- инатора 9 импульсы канала реперного излучения постоянно подаются на первьш вход элемента И 13 и второй вход схемы 10 антисовпадений, с выхода дифференциального дискриминатора 14 канала флуоресцентного излучения- на вход элемента И 18 и cxe№i 15 антисовпадений. С ш,1хода дифференциального дискриминатора 7 импульсы постоянно поступают на вход счетчика 8 рассеянного излучения, который работает в циклическом режиме и в момент полного заполнения обнуляется сам и выдает сигналы на входа безусловного обнуления счетчиков 11 и 16. В этот момент на выходах превьшения цифровых компараторов 12 и 17 устанавливается потенциал логического нуля (поскольку в блоках 22 к 23 предварительной установки записаны некоторые превьшающие нуль числа), который одновременно запрещает по третьим входам элементов И 13 и 18 прохождение импульсов в каналах реперного и флуоресцентного излучений соответственно на первый вход переключающего устройства 25 и вход регистрирующего устройства 19. При этом на первые входы схем 10 и 15 антисовпадений поступает разрешающий сигнал, вследствие чего импульсы канала реперного излучения начинают поступать на счетньй вход счетчика II, а импульсы канала флуоресцентного излучения - на счетный вход счетчика 16. В момент времени, когда число импульсов, занесенное в счетчик 1I, превьшает число, установленное в блоке 22, на выходе превьш1е.ния фигового компаратора 12 устанавливается потенциал логической единицы, который запрещает прохождение импульсов реперкого канала с выхода дискриминатора 9 в счетчик 11, но разрешает по третьему входу элемента И 13 их прохождение на первый вход регистрирующего уст-ройства 25. Аналогичным образом, в момент превышения числа импульсов в счетчике 16 над числом, установленным в блоке 23, на выходе цифрового компаратора 17 устанавливается п тенциап логической epfiHHUf,if запрещащий прохох дение импульсов флуоресценного канала с дискриминатора 14 на вход счётчика 16 и разрешаютдай по третьему входу элемента И 18 их про кожде тае в регистрирующее устройство. В момент очередного заполнения счетчика 8 на его выходе возникает сигнал обнуления, и цикл работы повторяется.

Элементы И 3 и 18 находятся в нормально закрытом состоянии по второму входу от блока 21 управления. При нажатии пусковой кнопки блок 21 управления обнуляет таймерный счетчик 20 и выдает разрешающий сигнал (потенциал логической единицы) на вторые входы элементов И 13 и 18, с выходов которых соответствующие потоки импульсов начинают поступать на регистрирующее устройство 19, первьш вход переключающего устройства 25 и, в случае нахождения устройства 25 в состоянии пропускания сигналов с первого входа на выход (режим Измерение), далее в таймерный счетчик для счета импульсов и обработки ин- формации. В момент заполнения таймер ного счетчика 20 с его выхода поступает командный импульс в блок 21 управления, который возвращается в исходное состояние и одновременно закрывает по второму входу элементы И 13 и 18. Следующее измерение начинается с нажатия пусковой кнопки, при этом работа отмеченных блоков повторяется режим Измерение предлагаемого толщиномера совпадает с работой устройства-прототипа, т.е. средние частоты импульсов, поступа- ютщх в таймерный счетчик 20 и регистрирующее устройство 19, отличаются от средних частот следования импульсов с выходов дифференциальных дискриминаторов 9 и 14 соответственно на величины, пропорциональные средней частоте следования импульсов с выхода дискриминатора 7 канала рассеянного излучеш1я (коэффициенты пропорциональности задаются состояниями блоков 22 и 23 предварительной установки числа), так что показания ре1469349

гистрирующего устройства не зависят от вариации толщины основания при измерении ТОЛЕДИНЫ покрытия фиксированного элементного состава.

Для измерения толщины покрытия другого состава или при изменении условий контроля (геометрии, типа источника или детектора излучения) 0 толщиномер должен быть перенастроен.

Настройка предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

g Первоначально устанавливают переключающее устройство 25 в состояние пропускания сигналов с второго входа на выход (режим Настройка канала флуоресцентного излучения), тем са2Q мым импульсы с выхода генератора 24 подают на вход таймерного счетчика 20, облучают в этом режиме контролируемые образцы без покрытия, и на ну30

35

0

жимая пусковую кнопку, измеряют 25 левую толщину покрытия в режиме фиксированного интервала времени, поскольку емкость таймерного счетчика 20 и частота следования импульсов генератора 24 постоянны. Изменяют состояние блока 23 предварительной установки числа канала флуоресцентного излучения (состояние блока 22 при этом может быть любым) до момента независимости показашоЧ в пределах статической флуктуации регистрирующего устройства 19 при поочередном облучении не менее двух, контролируемых образцов без покрытия с основаниями различной толщины и добиваются тем самым устранения обуслов- - ленного перекрытием аппаргтурнь х пиков вклада рассеянного излучения, интенсивность которого зависит от толщины образца, в канал фпуоресцентно- 5 го излучения. Затем устанааливают переключающее устройство 25 в режим пропускания импульсов с первого входа (режим Измерение), тем caNi.iM от-. ключают генератор импульсов стабкль- Q ной частоты и подают на нход таймерного счетчика импульсы канала рапер- ного излучения, изменяют состояние блока 22 предварительной установки числа канала реперного излучения 5 блока 23 определено и фиксировано) до момента независимости показаний регистрирующего устройства при поочередном облучении не менее двух контролируеьых образцов с покрытиями равной толщины и основаниями различной толщины, после чего при необходимости градуируют толщиномер обычным образом путем измерения эталонных образцов с известными значениями толщины покрытия. При такой установке состояния блока 22 достигается одновременное устранение вклада рассеянного излучения .в репер IQ ный канал, обусловленного перекрытием аппаратурных пиков реперного и рассеянного излучений, и вклада, обу- словпенного дополнительным возбуждением флуоресцентного излучения покры- 15 тия рассеянным в основании излучением, поскольку эффект дополнительного возбуждения может быть автоматически компенсирован только изменением средней частоты следования импульсов таймерного (реперного) канала.

20

Выполнение операций настройки в указанных последовательности и условиях позволяет все мешающие факторы (степень перекрытия аппаратурных пиков флуоресцентного и рассеянного излучений, степень перекрытия аппаратурных пиков реперного и рассеянного излучений, эффект дополнительного возбуждения), являющиеся переменными параметрами измеряемой функции (на-, бора импульсбв в регистрирующем устройстве за время измерения) и влия- кяцие на ее численный результат, разделить на независиьые друг от друга группы и осуществить поочередную коррекцию их влияния в один прием, а не методом последовательного приближения, облегчив и ускорив тем процесс настройки,

Формула изобрете ния I

I, Толщиномер покрытий содержащий располагаемые по одну сторону от объекта контроля источник излучения в контейнере с коллимируклцими отверстиями дпя реперного и рабочего пучков, детектор излучения, последовательно соединенные дифференциальный дискриминатор и счетчик, образующие канал рассеянного излyчeн ш, последовательно соединенные второй дифференциальный дискриминатор, схему антисовпадений, второй счетчик, цифровой компаратор, трехвходовый элемент И, образующие канал реперного излучения, последовательно соединен25

14693498

ные третий дифференциальный дискриминатор , вторую схему антисовпадений, третий счетчик, второй цифровой компаратор, второй трехвходовый элемент И и регистрирующее устройство, образующие канал флуоресцентного излучения, входы каналов рассеянного, реперного и флуоресцентного излучений соединены с выходом детектора, последовательно соединенные таймер- ный счетчик и блок управления, выход которого подключен к вторым входам трехвходовых элементов И реперного и флуоресцентного каналов, блоки предварительной установки чисел реперного и флуоресцентного каналов, кодовые выходы которых подключены к соответствующим входам цифровых ком- . параторов соответствующ -1Х каналов, вторые входы схем антисовпадений реперного и флуоресцентных каналов подключены к выходам цифровых компараторов соответствующих каналов, третьи входы трехвходовых элементов И каналов реперного и флуоресцентного излучений подключены к выходам дифференциальных дискриминаторов своих каналов, входы обнуления счетчиков реперного и флуоресцентных каналов подключены к выходу счетчика рассеянного излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точноЬти измерений, он снабжен последовательно соединенными генератором импульсов стабильной частоты и переключающим устройством, второй вход которого подключен к выходу трехвходового элемента И канала реперного излучения, а выход - к входу таймерного счетчика,

2, Способ настройки толщиномера покрытий, заключающийся в том, что выбирают не менее двух контролируе- M)tx образцов с равными значениями толщины покрытия и различной толщи- ной основания, направляют на них последовательно излучение источника толщиномера, производят счет электрических импульсов в каналах реперного и флуоресцентного излучений, по величине которых корректируют состояние блоков предзарительной установкз-т числа в реперном и .флуоресцентном каналах, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса настройки, до облучения выбранных образцов с по30

35

40

45

56

55

крытием излучением источника толщиномера подают на вход таймерного счетчика импульсы от генератора стабильной частоты, выбирают не менее двух контрольных образцов без покрытия с ос- нованиями различной толщины, поочередно облучают их излучением источника толрщномера, изменяют состояние блока предварительной установки числа в канапе флуоресцентного излучения с одновременной регистрацией до момента сравнения результатов измерений

934910

от выбранных контрольных образцов без покрытия, подают на вход таймерного счетчика импульсы канала репер- ного излучения, поочередно облучают выбранные образцы с покрытием излучением источника толщиномера, изменяют состояние блока предварительной установки числа в канале реперного из- IQ лужения с одновременной регистрацией электрических импульсов до момента сравнения результатов измерений от выбранных образцов с покрытием.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений путем обеспечения оперативной перестройкой толадно- мера на измерение покрытий иного состава, чем то, на которое он / строен, и повышение производительности настройки путем оптимальной настройки каналов флуоресцентного и реперного излучения по образцам с различной толщиной основания. Импульсы с выхода генератора подают на вход таймерного счетчика, облучают в этом режиме кoнтpoлиpye ыe образцы без покрытия и производят измерения при фиксированном интервале времени и при нулевой толщине покрытия. В режиме Измерение изменяют состояние блока предварительной установки числа канала реперного излучения (при подаче в таймерный канзл импульсов реперного излучения) до момента независимости показаний регистрирующего устройства при поочередном облучении не менее двух образцов с покрытиями равной толщины и основаниями различной толщины. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. ш