Способ измерения толщины слоев

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК иц 4 С 01 В 7/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Львовский лесотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР У 929988, кл, С 01 В 7/06, 1980,Авторское сви,етельство СССР У 105 1369, кл . С 01 В 7/06, 1982, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЕВ (57) Изобретение относится к неразрушаюцему контролю и может быть использовано для толщинометрии слоев многослойных крупногабаритных неферромагнитных изделий. Цель изобретения - повышение точности измерения. Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения толщины слоев многослойных крупногабаритных неферромагнитных изделий,Цель изобретения - повышение точности измерений за счет устраненияпогрешностей, связанных с непостоянством скорости движения эллипсоида иизменением внешних условий,На фиг. 1 представлена схема осуществления способа; на фиг. 2 - зависимость В (2) при движении эллипсоида по разным трубкам; на фиг,Зустройство для реализации предлагаемого способа; на фиг. 4 - временныедиаграммы, поясняющие работу устройства. 801523899 А 1 2Способ заключается в перемещении намагниченного вдоль большой оси эллипсоида вращения в диэлектрических цилиндрических трубках, размещенныхмежду слоями изделия в процессе егоизготовления. При движении эллипсоида наблюдают на поверхности изпелияпродольную (по большой оси эллипсоида) составляющую индукции его поля,фиксируют два последовательных положения эллипсоида в моменты равенстванулю этой составляющей и по расстоянию между этими положениями определяют расстояние от точки наблюдениядо трубки с эллипсоидом. Для определения толщины всех слоев эллипсоидпоследовательно перемещают по всемтрубкам, 4 ил,На фиг. 4 Ц, Ц, Пз 13 - выходные напряжения блоков 7, 30, 31,32, Схема включает многослойный объект 1 контроля, две соединенные последовательно трубки 2 и 3, размещен-ные между слоями 4, 5 и 6 соответст-венно, измерительный преобразователь7 величины В и намагниченный эллипсоид 8, На схеме обозначены такжеМ - магнитный момент эллипсоида 8;Х - расстояние от преобразователя дотрубки, в которой движется эллипсоид 8; 2 - координата эллипсоида 8по оси 2; 2 и 2 - точки, находясьв которых эллипсоид 8 создает в преобразователе 7 величину В, равнуюнулю; й расстояние между точками 2и 2 д, 1523899Устройство выполнено следующим образом.Между слоями 4,5п объекта 1 контроля размещены соединенные последовательно трубки 2 и 3, подклю 5 ченные к разным торцам гидроцилиндра 9. Управляемый привод поршня 10 гидроцилиндра 9 состоит из реверсивного электродвигателя 11 (с редуктором, если это необходимо) и линейного преобразователя 12 угла поворота выходного вала электродвигателя 11 в линейное перемещение (например, кулачкового механизма). На том же валу размещен цифратор 13 угла поворота вала (например, оптоэлектронный). Питание электродвигателя 11 осуществляется через блок 14 управления, имеющий три входа: вход 15 питания, входы "Вправо" и "Влево", к которым подключены выходы схем 2 ИЛИ 16 и 17 соответственно, Первые входы схем 2 ИЛИ 16 и 17 подключены к клеммам ручного управления "Вправо" 18 и "Влево" 19 соответственно. На участках трубок 2 и 3, размещенных вне объекта 1 контроля, размещены датчики (например, датчики Холла) 20-1, 20-220-п, 21 - 1, 21-221-п, 22 и 23. Выходы датчиков 20 соедике 30 ны последовательно-согласно и пх обгий выход подключен к входу Формирователя 24. Выходы датчиков 21 соединены аналогично и их общий выход подклюс.гн к входу формирователя 25. Выходы дат чиков 22 и 23 также подключены к входам формирователей 26 и 27 соответственноВыходы формирователей 26 и 27 подключены к вторым входам схем 2 ИЛИ 16 и 17. Выходы формирователей 24 и 25 подключены к входам триггера 28 и входам управления вычислителя-индикатора 29 (выполненного, например, на основе микропроцессора). Выход накладного преобразователя 7 осевой (параллельной закладным трубкам) составляющей магнитного поля эллипсоида 8, наложенного на наружную поверхность объекта 1 контроля в плоскости трубок 2 и 3, соединен с входом нуль органа 30. Преобразователь 7 может , быть реализован, например, на основе датчика Холла. Выходы триггера 28 и нуль-органа 30 соединены с входами .элемента 3 1 равнозначности, выходкоторого соединен с первым входомэлемента 2 И 32, второй вход кото -рого соединен с выходом цифратора(Х 2 .г 2 )5 и Эта зависимость использована при построении графиков,(фиг. 2), Иэ (1) следует, что при Х = сопзС условие В щ 0 выполняется при двух значениях координаты 1 1г,=- - -х; г,= - -х, " 2 Г 2- Т., -Т где Т - конструктивный размер преобразователя,толщина последнего слоя Т - Т + Т,где Т - известная толщина иэделия (фиг, 2),Из (1) и (2) следует, что.положение нулей проекции В не зависит На фиг. 2 изображена зависимость В(г), когда тело движется па трубке 2 (кривая 1) и по трубке 3 (кривая 11) . Направления магнитных моментов в первом и втором случаях противоположные, следовательно, противоположны знаки М и В соответственно. ,Согласно формуле (3) расстояние между ,нулями У второй кривой больше, чем у первой, так как величина Х для нее также больше,Значение Х, соответствующее расстояниям от преобразователя 7 до ближайшей трубки, обозначим Т, до следующей Т и так далее, до последней - Тп. Толщины слоев определяются соответственно по формулам5 15238996 от скорости движения эллипсоида 8 и количество которых прямо пропорциооднозначно определяется величиной Х. нально величине перемещения эллипсоиТаким оораэом, определяя расстояние да 8, на вход данных вычислителя-инмежду его положениями в последователь- дикатора 29 поступает последовательные моменты, когда В= О, из (4) на ность этих импульсов, В момент С смеходим значение Х, что позволяет оп- ны знака П этот процесс прекращаетределить толщину слоев 2 и 3 незави- ся и в оперативном запоминающем устсимо ът скорости движения эллипсоида ройстве (ОЗУ) вычислителя-индикатора 8, и тем самым повысить точность из запоминается количество импульсов10мер ений. Г 1 , прямо пропорциональное значениюКроме того, зависимость (4) явля-,Т.ется линейной, что позволяет избавиться от погрешностей, связанных с лине- В момент, когда эллипсоид 8 аризацией градуировочной характерис перемещается в зоне датчика 2 1-2, тики, что также повышает точность из- ыходной сигнал формирователя 25 опромерений, кидывает триггер 28 и запускает вычисУстройство работает следующим об- литель-индикатор 29 на выполнение разом. операции Т = Т - 1 (значение ТПусть в исходном положении поршень 20 конструктивный размер .преобразова находится в крайнем правом положе- теля 7 предварительно записан в памянии, эллипсоид 8 - между датчиками 20 ти вычислителя-индикатора 29), и на-1 и 22, Па кле.иу 15 (вход) пода- инцикаторе индицируется значение Т, ".вся напряжение питания, на клемму В процессе дальнейшего движения 19 (вхо )( .од) подается управляющий по трубке 3 эллипсоид 8 ориентирован .игнал, что приводит к движению порш- так,- что его магнитный момент М напня 10 влево. Поскольку гидросистема равлен справа налево (фиг, Зб) . Одна- (цилиндр - трубки) заполнена жидко- ко благодаря тому, что вследствие сть, в которой находится и зллипсо- опрокидывания триггера 28 на его выиц 8, п 1 следний начинает перемещаться 30 ходе появляется сигнал логического20 - 1к датчику -0 - 1, а в момент прохожде- нуля, элемент 31 равнозначности перенпя в зоне действия этого датчика водится в режим логического инвертоимпульс с выхода формирователя 24 под- ра, Поэтому далее процессы протекают гставливает вычислитель-индикатор 29 аналогично с той лишь разницей, что к приему информации и устанавливает полярности 11 и 1) обратны (срав (или подтверждает) триггер 28 в состо- фиг. За и Зб) . В момент срабатывания яние, при котором на его выходе по- датчика 20-2 вычислитель-индикатор 29 является уровень логической единицы выполняет вычисление Т = Т, - Т- и (1), поэтому элемент 31 равнозначнос- индицируется значение Т, Однов ети выполняет функцию повторителя. В- менйо вновь опрокидывается триггер процессе дальнейшего движения эллип, подготавливая схему для работы соид 8 (магнитный момент М которого в режиме, когда Г 1 вновь направлен направлен, например, слева направо) слева направо при движении эллипсоида входит н участок первой трубки 2, раз- по третьей трубке (фиг. Зв), мещенной в объекте 1 контроля, и по Далее процессы повторяются аналомере приближения к преобразователю 7 гично до момента ког а,т , когда, проидя все на его выходе появляется оТрицатель- трубки, эллипсоид 8 не вызовет срабаное, возрастающее по модулю, напря- тывания датчика 23 При этом выходной жение П (фиг, За). При этом выход- сигнал формирователя 27 через схему ное напряжение Уо нуль-органа 30 рав ИЛИ 17 воздействует на блок 14 управ- но нулю. Далее напряжение Б умень- ления так что выполняо выполняется реверс шается по модулю и в моментпере- электродвигателя 11, а поршень 10 ходит через нулевое значение (изме- начинает перемещаться вправо, Преобняется знак 07)В момент ст 0 зр при- ,разователь 7 накладывают на новую нимает значение уровня логической точку контроля (для выполнения этой единицы (1), которое повторяется на операции можно временно снять питаю 55первом входе элемента 2 И 32. Посколь- щее напряжение с клеммы 15) и анаку на второй вход этого элемента пос- логично выполняют измерение толвдтупают импульсы с выхода цифратора 13, ны слоев.Пройдя все трубки, эллипсоид вызывает срабатывание датчйка 22 и выходной сигнал его формирователя 26 через схему 2 ИЛИ 16 вызывает реверс электродвигателя 11, Преобразователь 7 вновь накладывают на новую точку контроля и процессы измерения толщины слоев продолжаются последовательно во всех заданных точках контроля посф 1 О ле чего с клеммы 15 (входа) снимают питающее напряжение.Значение толщины последнего слоя Т сюжет определяться по формуле15Т-Т-Т+ Т,где Т - известная толщина всех слоев;20Т и - размер, получаемый указанньи образом. Формула из обр ет ения Способ измерения толщины слоев, заключающийся в том, что при изготовлении изделия между его слоями раз" мещают диэлектрические цилиндрические трубки, по которым перемещают тело в виде эллипсоида вращения, намагниченного вдоль его больщей оси, и измеряют составляющую индукции магнитного по-/ ля вдоль рси намагниченности эллипсоида, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности изме-, рений, при перемещении эллипсоида вращения по каждой цилиндрической трубке фиксируют два его положения, при которых составляющая индукции магнитного поля равна нулю, и измеряют расстояние между этими положениями, по которому определяют толщину соответствующего слоя.1523899 кунова орректор Л. Бескид Заказ 7032/43 Тираа 683 Подписи ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 при ГКНТ ССС гарина, 1 О Составител едактор И. Булла Техред М,д