Мера толщины пленок Советский патент 1993 года по МПК G01B7/06 

:

J 5 4 / /

г

Ш

Использование: поверка и градуировка толщиномеров пленок и покрытий. Сущность изобретения: подложка 1 выполнена в виде полого цилиндра. На наружную и внутреннюю поверхность подложки 1 нанесены равномерные покрытия 2 и 3 с кольцевыми .пазами, заполненными пленками 5 и 7. Положительный эффект: возможность поверки и градуировки толщиномеров для измерения многослойных покрытий на криволинейных поверхностях. 1 ил,

XI

о о

СО СО

о

Изобретение относится к метрологии, а именно к средствам для поверки и градуировки толщиномеров пленок и покрытий.

Известна мера толщины пленок с трехслойной цилиндрической подложкой, на наружной и внутренней поверхностях которой имеются участки для настройки на О толщиномеров, а также пазы, заполненные материалом пленки, так что свободные цилиндрические поверхности пленки совпадают соответственно с наружной или внут- ренней цилиндрической поверхностью подложки.

Однако известная мера воспроизводит только одно значение толщины пленки, а составная подложка из трех элементов приводит к дополнительным погрешностям при поверке по ней вихретоковых и радиационных толщиномеров.

Известна также мера толщины пленок, содержащая подложку в виде полого цилиндра, на наружной и внутренней поверхностях которой имеются два паза в виде кольцевых канавок с глубиной, равной требуемой толщине пленки. Пленка заполняет эти пазы так, что ее свободные цилиндрические поверхности совпадают соответствен- но с наружной или внутренней цилиндрической поверхностью подложки.

Для поверки и градуировки толщиномеров, например вихретоковых и радиационных толщиномеров, позволяющих измерять без разрушения толщины двухслойных покрытий на цилиндрических наружных поверхностях, а также на внутренних поверхностях трубчатых деталей и двухслойных покрытий на криволинейных поверхностях, необходимо иметь аттестованные по толщине покрытия и подслоя меры из материалов, составляющих покрытие, подслой и подложку детали, так как поверка толщиномеров по нормативным документам стандартов производится в нормальных условиях их применения.

Недостатком известной меры является то, что она не позволяет проводить поверку и градуировку толщиномеров для измерения толщин двухслойных покрытий на криволинейных наружных поверхностях и на внутренних поверхностях трубчатых деталей, так как имеет только однослойное покрытие, аттестованное по толщине на криволинейных поверхностях.

Цель изобретения - расширение области применения меры путем создания комбинаций различных толщин пленок и подслоев из различных материалов на выпуклых и вогнутых поверхностях.

Поставленная цель достигается тем, что в мере толщины пленок, содержащей подложку в виде полого цилиндра, на внутренней и наружной поверхностях которого выполнены пазы, аттестованные по глубине и заполненные материалом пленки так, что ее

поверхность, соприкасающаяся с окружающей средой, совпадает с внутренней и наружной поверхностями, согласно изобретению на наружную и внутреннюю поверхность подложки перед выполнением

0 пазов нанесено равномерное покрытие с толщиной больше глубины пазов на указанных поверхностях соответственно, а пазы выполнены в теле этого покрытия.

В настоящее время выпускаются толщи5 номеры покрытий, например вихретоковые, радиационные и др., которые позволяют измерять без разрушения толщину двухслойного покрытия (или толщину отдельных слоев этого покрытия) на разнообразных де0 талях, а также труднодоступных участках труб и в отверстиях. Для поверки этих толщиномеров необходимо иметь меры толщины пленок из тех же материалов, с той же конфигурацией и кривизной, что и детали,

5 подвергаемые контролю этими толщиномерами, так как поверка толщиномеров по нормативным документам стандартов производится в нормальных условиях их применения. С целью поверки толщиномеров для

0 измерения двухслойных покрытий и за счет исключения влияния кривизны поверхностей подложки, покрытия и подслоя при измерении толщин двухслойных покрытий на цилиндрических и трубчатых деталях под5 ложка выполнена в виде цельного полого цилиндра. Цельность полого цилиндра нужна также, чтобы исключить в показаниях вихретоковых и радиационных толщиномеров переходы от одного элемента на другой,

0 которые всегда имеются при составной подложке. Пазы в покрытии цельной подложки на ее наружной и внутренней поверхностях выполнены в виде цилиндрических канавок, что позволяет повышать точность аттеста5 ции толщины покрытия на подслое в двухслойном покрытии.

На чертеже представлен вид спереди в сечении меры толщины пленок.

Мера толщины пленок содержит под0 ложку 1 в виде полого цилиндра, на наружной и внутренней поверхностях которого нанесено равномерное покрытие 2 и 3 С толщинами hi + hie и h2 + П2С соответственно. На наружной поверхности покрытия 2

5 выполнен кольцевой паз, дно 4 которого удалено от наружной цилиндрической поверхности покрытия 2 на величину hi, равную требуемой толщине пленки 5 меры. Пленка 5 заполняет паз так, что ее поверхность, соприкасающаяся с окружающей

средой, совпадает с цилиндрической поверхностью покрытия 2, соприкасающейся с окружающей средой. Кроме того, на внутренней поверхности покрытия 3 выполнен второй кольцевой паз, однородный с основным, дно б которого удалено от цилиндрической поверхности покрытия 3, соприкасающейся с окружающей средой, на величину h2, равную требуемой толщине пленки или покрытия 7 меры. Пленка 7 заполняет второй паз так, что ее поверхность, соприкасающаяся с окружающей средой, совпадает с цилиндрической поверхностью покрытия 3, соприкасающейся с окружающей средой. Прочие линейные размеры меры толщины пленок определяются исходя из размеров и характеристик датчиков поверяемых толщиномеров, а также исходя из кривизны поверхностей контролируемых этими толщиномерами деталей.

Изготовляют предложенную меру следующим образом. Выбирают полый цилиндр, обрабатывают наружную и внутреннюю поверхности до необходимого диаметра таким образом, чтобы соблюдалась толщина подложки Н в пределах 5-8 мм. Наносят на наружную и внутреннюю поверхности покрытие из одинакового или из разных материалов с толщинами покрытия больше, чем hi + hie и ha + П2С. Опять обрабатывают наружную и внутреннюю поверхности теперь уже покрытия 2 и 3, выполняют кольцевые пазы с глубиной hi и и обрабатывают донья 4 и 6 пазов в соответствии с требованиями допусков цилиндрич- ности и параметров шероховатости. Далее обрабатывают боковые поверхности полого цилиндра таким образом, чтобы на шлифах боковых поверхностей можно было бы измерить толщины покрытий hi + hie и ha + h2C микроскопом. . .

После указанных операций аттестуются толщины hi + hie и h2 + h2C и глубина кольцевых пазов hi и h2 по направлению радиуса кривизны доньев 4 и 6 пазов с высокой точностью, например, с помощью оптических методов. Далее наносят в наружный паз пленку 5 так, чтобы ее поверхность, соприкасающаяся с окружающей средой, совпадала с наружной цилиндрической поверхностью покрытая 2. Проверяют ци- линдричность и профиль продольного сечения наружной поверхности меры, т.е. совпадение поверхностей пленки 5 и покрытия 2, соприкасающихся с окружающей средой. После этого наносят пленку 7 во внутренний паз меры, т.е. в паз в покрытие 3 так, чтобы ее свободная поверхность совпадала с цилиндрической поверхностью покрытия 3, соприкасающейся с окружающей

средой. Проверяют цилиндричность и профиль продольногосеч.ения внутренней поверхности меры, контролируя совпадение поверхностей.пленки 7 и покрытия 3, соприкасающихся с окружающей средой. Несовпадение вышеупомянутых поверхностей допускается в пределах до .+10 мкм, и по результатам измерения значение несовпадения в качестве поправки учитывается в

0 аттестате меры толщины пленок. После этих операций у меры толщины пленок аттестованы толщины многослойного покрытия, т.е. толщины наружных слоев hi и П2 (толщины пле нок5и7), толщины подслоев цс и h2C

5 и толщины покрытия 2 и 3 hi hie и h2 + h2C. Поверку и градуировку толщиномеров покрытий с помощью данной меры осуществляют следующим образом. Устанавливают датчик толщиномера на участок меры с

0 пленкой 5. Показания толщиномера при нахождении датчика на этом участке сравнивают с аттестованной суммарной толщиной hi + hie при измерении двухслойного покрытия или толщиной hi при измерении толщи5 ны только наружного слоя покрытия. При нахождении датчика на участке поверхности только покрытия 2 показания толщиномера также сравнивают с аттестованной толщиной hi + hie. Но в этом случае толщи0 номер должен быть настроен на измерение толщины однослойного покрытия.

При поверке толщиномеров для измерения толщин двухслойных покрытий на внутренних цилиндрических поверхностях

5 датчик поверяемого толщиномера устанавливают на любой участок меры с пленкой 7. Сравнивают показания толщиномера с аттестованным значением суммарной толщины ti2 + n2C двухслойного покрытия меры и по разнице судят о годности поверяемого

0 толщиномера. Также можно поверять толщиномер по аттестованным значениям толщин h2 пленки 7 и П2 + П2С покрытия 3, если поверяемый толщиномер настроен на измерение толщины только наружного слоя по5 крытия или толщины однослойного покрытия. Далее берут другую меру толщины пленок с другими значениями аттестованных толщин hi, h2, hic-и h2C, и так производится поверка, по всем поверяемым

0 точкам толщиномера в диапазоне его измерения.

Выполнение цилиндрического паза на поверхностях покрытий 2 и 3, нанесенных на наружную и внутреннюю поверхности

5 подложки, выполненной в виде цельного полого цилиндра, позволяет расширить функ- циональныё возможности меры путем комбинирования различных толщин пленок и подслоев из различных материалов. При

этом цельность подложки в виде полого цилиндрического элемента при поверке вих- ретрковых и радиационных толщиномеров покрытий исключает погрешности поверки, связанные с переходами от одного элемента на другой, использованием подложки из трех сопряженных между собой цилиндрических элементов.

Формула изобретения Мера толщины пленок; содержащая подложку, выполненную в виде полого цилиндра, аттестованные по глубине пазы, выполненные в виде кольцевых канавок на

0

внешней и внутренней поверхностях меры, и заполняющие эти пазы пленки, поверхности которых совпадают с соответствующей внешней и внутренней поверхностями меры, о тли ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения путем создания комбинаций различных толщин пленок и подслоев из различных материалов, на наружную и внутреннюю поверхности подложки дополнительно нанесено равномерное покрытие, толщина которого превышает глубину кольцевых пазов на соответствующей поверхности, а пазы выполнены в теле этого покрытия.