Вихретоковый способ контроля качества покрытий Советский патент 1977 года по МПК G01N27/86 G01B7/06 

Изобретение огносигся к контрольно-измерительной технике. Известны способы внхрвтокового контроля качества покрытий, при которых режим контроля устанавливают либо при отсутствии в компенсационной зоне эталонного изделия, либо путем раэмеще (ия в компенсационной зоне эталона на материала основы LlJ,L2J Известен также вихретоковый способ контроля качествапокрытий, заключающийся в том, что в измерительной и компенсационной зонах вихретокового преобразователя располагают идентичные эталонные изделия, напряжения минимизации выходного напряжения Преобразователя.устанавливают режим контроля, затем размещают в измерительно зоне преобразователя контроляруемое изделие и по выходному сигналу преобразователя судят о качестве покрытия Зд. Однако при контроле качества покрыгий известные способы обладают cymectBeHftfcfM недостатком: на результаты кЬитроля сказываются малейшие изменения удельной электрической проводимости основного материала. Цель изобретения - повысить точность надежность контроля качества покрытий. Указанная йедь достигается тем, что ля установки режима контроля нсаользуют эталонное изделие, выполненное из материала покрытия с толщиной, превышающей глубину проникновения плоской электромаг)нитной волны в материал покрытия, а радиусы катушек преобразователя выбирают на соотношения р4«/и„( где Т - радиус катушки преовразовагеля; л) - круговая частота питающего напряжения; - абсолютная магнитная проницаемость материала покрытия; (5 - .удёдьн(м1 электрическая проводимость магервалл покрытий. На фиг. 1 иаображеиа структурная схема устройства для установки режима конгратя предлагаемь М способом; на фнг. 2 -устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 3 - зависимости выходной величины преобразователя (фазы) от взменений

контролируемого параметра (толщины покрытия) и от изменения электромагнитных свойств (удельной электрической проводимости) основного материала; на фиг. 4 зависимости погрешности (приращения фазы) от диаметра преобразователя.

Перед контролем изгогавливают эталонные изделия 1 и 2 из одной и той же заготовки (например из алюминия ), производя обработку рабочей поверхности эталонных изделий по классу, соответствующему классу чистоты поверхности контролируемого изделия.

Измерительные обмотки катушек 3 и 4 вихретокового преобразователя 5 соединяют последовйтельно встречно, а возбуждающие последовагельно согласно. Питание преобразователя 5 ocyщectвляюг при помощи генератора 6. Предварительно подбором витков катушек 4 и 3 минимизируют выходное напряжение преобразователя 5 в воздухе. Региеграцию вы- ходного напряжения осуществляют измеритель устройством 7.

Способ заключается в следующем.

В измерительной зоне 8 и компенсаци- онной зоне О преобразователя располагают эталонные изделия 1 и 2 и вновь миними зируют выходное напряжение. Последнее обеспечивают выравниванием зазоров между наружнь ми поверхностями эталонных изде ЛИЙ 1 и 2 и поверхностями катушек 3 и 4. обращен ь.ми к эталонным изделиям.

При контроле (фиг. 2) в измерительной зоне 8 нреобразователя 5 на том же расстоянии от рабочей поверхности кагушки 3, что и эталонное изделие 1, располагают контролируемое изделие 1О, имеющее покрытие 11, нанесенное на основу 12. При этом эталонные изделия 1 и 2 выполняют из ма териала покрытия с толщиной, во много раз превышающей глубину проникновения плоской электромагнитной волны в материал покрытия, а радиусы катушек преобразователя выбирают из соотношения

T Va37J757

где радиус катушки нреобразовател };

ti) - круговая частота питающего напря- жения;.

jlj - абсолютная магнитная проницаемость материала покрытия;

( удельная электрическая проводимост материала покрытия.

При контроле толщины алюминиевых покрытий в диапазоне от О до 500 мкм на основанияхиз сплавов алюминия удельная электрическая проводимость может колебаться в пределах от 12 МСм/м до 26 См/м.(Причем удельная электрическая проводимость алюминиевого покрытия 11 (ма-

гериал марки ) равна 36 МСм/м и остается постоянной в продессе контроля, а внешняя поверхность контролируемого покрытия и рабочие поверхности эталонов 1 и 2 достаточно ровные и чистые (класс чистоты выше V 5),

Постоянство материала покрытия 11 и высокая чистота обработки поверхности контролируемого изделия 10 позволяет при измерении толщины покрытия исключить из рассмотрения погрешности, связанные с изменениями удельной электрической проводимостью покрытия и расстояния от поверхности контролируемого изделия до поверхности нреобразователя.

Исходя из условий задачи и вьгшеприве денного неравенства и принимая частоту питающего преобразователя напряжения I. 20 кГц, радиусы преобразователя 5 выбирают равными 4, 4-4 мм, а толщину t эталонов 1 и 2 во много раз больше глубины проникновения плоской электромагнит ной волны в материал покрытия, т.е. 10 м

При этом погрешность измерений толщины контролируемого покрытия при установке режима контроля по схеме (фиг. 2 ), использующей предлагаемый способ, практически отсутствует во всем заданном диапазоне изменений-удельной электрической проводимости основного материала и толщик покрытия.

На фиг. 4 показано, что погрешность, связанная с нелинейностью фазовых зависимостей снижается по мере увеличения радиуса преобразователя 5, что позволяет существенно увеличить надежность контроля толщины.

1ри контроле качества покрытий установкой режима контроля преобразователя 5 искусственно ориентируют на максимум чувствигельности к толщине покрытия, используя для этого эталоны 1 и 2 из материала покрытия с толщиной много большей глубины проникновения плоской электромаг нитной волны в материал покрытия. Haciv ройка преобразователя 5, т.е. установка режима контроля, на максимум чувствительности к параметрам контролируемого покрытия соответственно снижает чувствительность преобразователя 5 к изменению параметров других слоев, в частности к удельной электрической проводимости основ толщина которой на заданной рабочей частоте считается равнойбесконечности (много больше глубины проникновения плоской электромагнитной волны в материал основы

Предлагаемый способ контроля качества покрытий может быть использован для любых типов преобразователей (накладных, экранных или проходных), реализующих вихретоковый способ неразрушающего конгроля а также для изделий различных конструктийных форм.

Формула изобрегенй.«

Вихретоковый способ конгроля качества покрытий, заключающийся в том, что в измерительной и компенсационной зонах вих- регокового преобразователи располагают идентичные эталонные изделия и путем

минимизации выходного напряжения преобразователя устанавливают режим контроля, затем размещают в измерительной зоне преобразователя контролируемое изделие и по выходному сигналу преобразователя судят о качестве покрытия, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности к надежности конгроля, используют эталонное изделие, выполненное из матг риала покрытия с толщиной, превыщающей глубину проникновения плоской электромагнитной волны в материал покрытия, а радиусы катушек преобразователя выбирают из соотношения;

T3-Vi)/lJndri 5

гдеТ «. радиус катушки преобразователя;

со - круговая частота питающего напряжения;

абсолютная магнитная прониоаемсю материала покрытия;

п удельная электрическая проводимос материала покрытия.

Источники информации, принятые во вввмание при экспертизе:

1.Никитин А. И., Дорофеев А. Л., Засютинский И. Н. Усовершенствованный портативный транзисторный толшимер для контроля изделий из материалов с высокой удельной электрической проводимостью. Тезисы докладов ff Всесоюзной межвузовской конференции по электромагнитным методам контроля качества материалов и изделий.

Ч. 1, Рига, 1975, с. 208.

2.Валитов А. М., Шилов Г. И. Приборы и методыконтроля толщины покрытий. Справочное пособие, Машиностроение,

Л., 1970, с. 6О.

3.Авторское свидетельство СССР № 313071, кл. ( 01 В 7/06, 1968.

Фаг. 1

f 20кГц S 8,88 ни

df,ys.flfii м