Способ определения координат и формы дефектов в проводящей поверхности и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 В 11/00 г СКОМУ СВИДЕТЕЛЬОТВЪ У 14В.А. Левандов088.8)тельство СССРК 13/08, 1984.эксперимента.4.шленность, 197 ООРДИНАТ И ЕЙ ПОВЕРХО О В е может быть испол ости, для определе их замыканий в пеСпособ определения ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛФОРМЫ ДЕФЕКТОВ В ПРНОСТИ И УСТРОЙСТВОЛЕНИЯ(57) Изобретенизовано, в частнния мест короткчатных платах.,801472755 А 1 координат и формы дефектов (Д) впроводящей поверхности реализованв устройствеДля повышения точностиопределения вращают пьезоэлемент 15с постоянным магнитом (ПМ) 13 относительно оси, перпендикулярной к исследуемой поверхности объекта 2, которуювозбуждают возбудителем 1 перемениго тока. По изменению фазы электрического сигнала на измерителе 5 разности фаз определяют направление тока с помощью указателя направлениятока в данной точке поверхности,Перемещают последовательно ПМ 13 внаправлении тока и определяют егораспределение, по характеру которого находят координаты и определяютформу Д. Изобретение повышает точность .определения координат Д. 2 с.п.ф-лы, 5 ил,Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использо" вано в приборостроительных отраслях промышленности для нахождения координат дефектов в проводящих поверх 5 ностях, в частности для определения мест коротких замыканий в печатных платах.Цель изобретения - повышение точ О ности определения координат дефектов.На фиг. 1 изображена Функциональная схема предлагаемого устройства; на Фиг. 2 - структурная электричес-. кая схема устройства; на фиг. 3 - за висимость напряжения на выходе предусилителя от угла поворота магнитоприемника; на Фиг. 4 - диаграмма нап-. равленности магнитоприемника; на Фиг. 5 - зависимость величины магнит ной индукции от расстояния до проводящей поверхности для проводника прямоугольного сечения.Способ осуществляют следующим образом, 25Через контролируемую пРоводящую поверхность, например короткозамкнутые проводники многослойной печатной платы, пропускают от возбудителя переменный электрический ток. Маг нитное поле этого тока взаимодействует с полем постоянного магнита, размещенного на малом, до 1 мм, расстоянии от поверхности контролируемого объекта, Прямой магнит в неоднородном магнитном поле испытывает как ориентирующее действие (стремится повернуться вдоль силовых линий магнитного поля), так и поступательное движение вследствие взаимного 4 р притяжения или отталкивания постоянного магнита и проводника с током на печатной плате. Это приводит к возникновению в постоянном магните механических колебаний, которые воспри-, нимают пьезоэлементом, преобразуют в электрический сигнал и усиливают предварительным усилителем. Экспериментально установлено, что находящиеся в переменном магнитном поле постоянный магнит с жестко закрепленным на его торце пьезоэлементом обладают диаграммой направленности, характер которой изображен на фиг. 4, при этом напряжение на выходе предусилителя меняется по синусоидальному закону П= 1( зЫВ, где К - коэффициент пропорциональности при изменении угла поворота 0 магнита и пьезоприемника относительно оси, перпендикулярной исследуемой поверхнос ти. Вращая магнит и пьезоэлемент вокруг этой оси, получают сигнал с частотой возбуждающего тока, причем амплитуда этого сигнала йериодически изменяется (модулируется) с удвоенной частотой вращения постоянного магнита и пьезоэлемента. Поскольку постоянный магнит с пьезоэлементом обладают в переменном магнитном поле диаграммой направленности, то изменение направления тока в проводящей поверхности исследуемого объекта приводит к изменению Фазы модулирующего сигнала на выходе пьезоэлемента. Таким образом, Фаза модулирующего сигнала однозначно определяет направление тока в исследуемой поверхности. Определив направление тока в какой-либо точке поверхности и переходя от точки к точке вдоль этой поверхности по направлению тока в каждой из них находят траекто-" рию линий этого тока, по характеру изменения которой определяют координаты дефектов поверхности. Признаком появления дефекта является искажение линий тока по сравнению с эталонной картиной. Б зоне дефекта происходит концентрация или рассредоточение линий тока. Координаты дефекта определяют по максимальной величине искажений линий тока на его границе. Непосредственно в области дефекта всегда имеются две пересекающиеся линии, перемещение вдоль которых не приводит к изменению Фазы модулирующего сигнала на выходе пред- усилителя. Точка пересечения этих двух линий является геометрическим центром дефекта. Точность определения геометрического центра дефекта зависит от точности измерения отклонения Фазы модулирующего сигнала и распространенной разрешающей способности магнитоприемника.Устройство (Фиг, 2) состоит из возбудителя 1 переменного тока в исследуемом объекте 2, измерительного канала 3, опорного канала 4, измерителя 5 разности фаз, схемы 6 управления, указателя 7 направления тока. В состав измерительного канала 3 входят датчик 8 магнитного ноля, пред- усилитель 9 и формирующее устройст" во 10, преобразующее амплитудно-модулированный сигнал с выхода предусилителя 9 в нормированные по амплитуде прямоугольные импульсы. Опорныйканал 4 содержит датчик 11 опорногосигнала и формирующее устройство 12,преобразующее переменный сигнал сдатчика 11 в нормированные по амплитуле прямоугольные импульсы, Датчик8 магнитного поля (Фиг, 1) состоит ческой Формы, установленного в корпусе 14 жестко укрепленного на торце магнита 13 пьезоэлемента 15, предусилителя 9, размещенного в корпусе 14, установленном в подшипниках 16 и имеющего возможность вращаться вокруг оси совместно с магнитом 13, пьезоэлементом 15 и предусилителем 9 с помощью двигателя 17 через приводной пассик 18. Выход предусилителя 9 сое динен через форм. ующее устройство 10 с сигнальным входом измерителя 5 разности фаз, Указатель 7 направления тока состоит из поворотного корпуса 19, установленного в основном 25 корпусе 20, индекса 21, жестко соединенного с поворотным корпусом 19, двигателя 22, с помощью которого через пассик 23 производят поворот корпуса 19 и индекса 21. Датчик 11 опор ного сигнала состоит из обтюратора, заслонка 24 которого жестко соединена с корпусом, фотоприемника 25 и источника 26 света, установленных на поворотном корпусе 19 указателя 7 направления тока и вращающихся совместно с корпусом 19Выход датчика 11 опорного. сигнала через Формирующее .устройство 12 соединен с входом измерителя 5 разности фаз, выход ко торого через схему 6 управления соединен с двигателем 22 указателя 7 направления тока. Основной корпус 20 и двигатели 17 и 22 жестко закреплены на кронштейне 27, который через зубчатую рейку 28 соединен со стойкой 29, укрепленной на основании 30, на котором установлен также двухкоординатный стол 3 1 с исследуемым объектом 250 Схема 6 управления предназначена для управления работой указателя 7 направления тока, а именно скоростью и направлением вращения шагового двигателя 22. Блок состоит из задающего55 генератора, коммутатора, преобразующего унитарный кодв 4-Фазную систему напряжения, и усилителя мощнос 314727554ти, служащего для питания обмоток шагового двигателя 22.Блок 10(12) формирования электри.5ческого сигнала предназначен дляформирования на выходе сигналов прямоугольной формы с нормированной амплитудой из синусоидального или ненормированного прямоугольного сигнаиз постоянного магнита 13 цилиндри лов, построен на базе интегральногокомпаратора серии 521.Устройство работает следующим образом.Исследуемый объект 2 (фиг. 1) устанавливается на двухкоордннатныйстол 31. К проводящей поверхностиобъекта 2 от возбудителя 1 подводится переменный электрический ток, Перемещая кронштейн 27 при помощи зубчатой рейки 28, устанавливают торца"вую поверхность постоянного магнита13 над проводящей поверхностью исследуемого объекта 2 на расстоянии до1 мм, При взаимодействии проводникас током с полем постоянного магнита13 в последнем возникают механические колебания с частотой воэбуждаюи. -го тока. Эти колебания преобразуют:яв электрический сигнал с помощьюпьезоэлемента 15, усиливаются прецусилителем 9 и через формирующее устройство 10 поступают на вход измери-.теля 5 разности фаз. Постоянныймагнит 13, пьезоэлемент 15 и предусилитель 9 вращаются с определеннойчастотой с помощью двигателя 17, приэтом вследствие неравномерной чувствительности датчика 8 магнитного поля по углу поворота (см. диаграммунаправленности фиг. 3, 4) на выходепредусилителя 9 формируется амплитудно-модулированный сигнал с несущей частотой, равной частоте проте"кающего через поверхность объекта2 возбуждающего тока и частотой модуляции, равной удвоенной частотевращения постоянного магнита 13 чпьезоэлемента 15. Сигнал с выходапредусилителя 9 поступает в формирующее устройство 10, где дополнительно усиливается, детектируется и огра"ничивается, в результате на сигналь=ный вход измерителя 5 разности фаэдействуют нормированные по амплитудепрямоугольные импульсы, длительностьи частота следования которых определяется диаграммой направленности нчастотой вращения датчика 8 магнитного поля.5 147На опорный вход измерителя 5 разности фаз с формирующего устройства 12 поступают прямоугольные импульсы, частота следования и длительность которых совпадают с частотой следования и длительностью импульсов измерительного канала 3. и отличаются только фазовым сдвигом. Частоты импульсов равны, поскольку равны скорости вращения заслонки обтюратора 24 и датчика 8 магнитного поля, а длительности поддерживаются равными соответствующим подбором геометрических размеров заслонки обтюратора 24. Поскольку элементы источника, опорного сигнала (фотоприемник 25 и источник 2 б света) могут поворачиваться вокруг оси, то в момент включения Фактическое направление тока в точке измерения и положение указателя 7 направления тока могут не совпадать, Сдвинутые по фазе измерительный и опорный сигналы преобразуются с помощью измерителя 5 разности фаз в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна разности Фаз между этими сигналами, а знак характеризует отставание или опережение измерительного сигнала относительно опорного по фазе. Постоянное напряжение с выхода измерителя 5 разности .Фаз поступает на схему 6 управления исполнительного двигателя 22 указателя 7 направления тока, с помощью которого происходит поворот корпуса 19 указателя 7 направления тока до тех пор, пока рассогласование между фазами измерительного и опорного сигналов не будет устранено. При этом индекс 21, укрепленный на корпусе 19, укажет направление тока в данной конкретной точке исследуемого объекта 2, При перемещении в другую точку поверхности объекта 2, в случае изменения направления тока, произойдет рассогласование Фаз измерительного и опорного сигналов и доворот корпуса 19 указателя направления тока. Таким образом, указатель 7 будет отслеживать направление тока в любой точке исследуемой поверхности 2. На точность работы указателя не оказывают влияние изменение частоты то" ка возбуждения, скорости вращения, датчика 8 магнитного поля, амплитуды протекающего тока, а также изменение расстояния от магнита. 13 до ис-. следуемой поверхности объекта 2.2755 510 15 20 45 ного поля, выполненный в форме постоянного магнита цилиндрической Формы, сопряженного с пьезоэлементоми установленного в корпусе и электрически соединенного с измерительнымканалом, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности определения координат и формы дефектов оно снабжено блоком управления и соединенным с ним поворотным указателем направления тока, блоками формирования сигнала и измере-.ния разности фаз, а измерительный 30 35 40 Устройство обладает свойствами,заключающимися в значительном снижении активной зоны магнитоприемника ивозникновении диаграммы направленности. Используя эти свойства, возможно с высокой пространственной разрешающей способностью и точностью измерять направление тока в любой точкеповерхности, что позволяет с высокойточностью определять координаты дефектов на этой поверхности,формула из обретения Способ определения координат иформы дефектов в проводящей поверх-. ности, при котором по нормали к контролируемой поверхности на расстоянии от нее размещают постоянный магнит, сопряженный с пьезоэлементом,по поверхности пропускают переменный электрический ток и преобразуют механические колебания постоянного магнита в. электрический сигнал, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности определения коор-.динат и формы дефектов, осуществляют вращение пьезоэлемента с постоянным магнитом относительно оси, перпендикулярной к исследуемой поверхности, и по изменению Фазы электрического сигнала на выходе пьезоэлемента определяют направление тока в данной точке поверхности, последовательно перемещают магнит с пьезоэлементом в направлении тока и определяют его распределение, по характеру которого определяют координаты и Форму дефектов поверхности.2. Устройство для определения координат и формы дефектов в проводящей поверхности, содержащее корпус,источник переменного тока с клеммамидля подключения к исследуемому измерительному каналу, датчик магнит 1472755блок снабжен датчиком опорного сигнала в виде обтюратора, заслонка которого закреплена на корпусе датчикамагнитного поля, который установлен с возможностью вращения относитель но продольной геометрической оси стержня постоянного магнита, причем датчик опорного сигнала соединен через блок формирования сигнала с входом блока измерения разности фаз.1472755 О ктор Л. Патай Лазоренко акт аказ 1699/40 Тираж 683 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина,101 Составитель Н. Шм Техред Л.Сердюко УлрфМ рнм