Устройство контроля качества покрытий по продолжительности микроплазмоискровой обработки

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОКРЫТИЙ ПО ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ МИКРОПЛАЗМОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Чигринова Наталья Михайловна Чигринов Виталий Евгеньевич Чигринов Вадим Витальевич Дроздов Александр Валентинович Павлова Виктория Сергеевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Устройство контроля качества покрытий по продолжительности микроплазмоискровой обработки, основанное на изменении цвета искры, содержащее преобразователь на фотодиодах, отличающееся тем, что устройство содержит блок фотодиодов со светофильтрами для выделения спектральных яркостей, стабилизированный источник питания,блок управления на базе персональной электронно-вычислительной машины с программным обеспечением, аналого-цифровой преобразователь и согласованный с ним усилитель,датчики тока и напряжения для контроля энергетических параметров генератора легирующих импульсов.(56) 1. Марков Г.А., Белеванцев В.И., Терлеева О.П. и др. Микродуговое оксидирование. // Вестник МГТУ. Машиностроение. - М. - 1992. -1. - С. 34-35. 2. Сафронов И.И., Цуркан И.В., Фатеев В.В., Семенчук А.В. Электроэрозионные процессы на электродах и микроструктурно-фазовый состав легированного слоя. - Кишинев Штиинца, 1999. - С. 384-385. 3. Золотых Б.Н. Физические основы электроискровой обработки металлов. - М. Гостехиздат, 1953. - С. 85-96. 4. Попилов Л.Я. Электроупрочнение инструмента. - Л. Лениздат, 1950. - С. 124-129. 5. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2. - М. Наука, 1988. - С. 331. Полезная модель относится к области электрофизических методов обработки, в частности к микроплазмоискровым методам в условиях низковольтного управляемого электрического разряда в различных передающих средах, и может быть использована для управления энергосиловыми параметрами указанной обработки с целью улучшения качества формируемых покрытий. Известно 1-4, что при микроплазмоискровом воздействии на материал через различные передающие среды возникающее искрение меняет свою интенсивность и спектральные характеристики по ходу процесса, что является косвенным свидетельством изменений в уровне энергетических характеристик указанных воздействий и происходящих в обрабатываемом материале структурных изменений. При этом толщина формируемого покрытия имеет свой максимум, после которого, даже при дальнейшем возрастании продолжительности и уровня энергетического воздействия слой начинает разрушаться, что находит свое отражение в интенсивности и спектре сопровождающего указанные процессы искрения. Известно устройство в способе управления качеством покрытий при микроплазмоискровой обработке по однократности искрового разряда на каждый участок упрочняемой поверхности 4. К недостаткам такого устройства и способа относятся сложность технической реализации и отсутствие алгоритма обработки, что не позволяет получать надежную и стабильную информацию о процессе в режиме реального времени. Известно также устройство и способ управления качеством покрытий при микроплазмоискровой обработке по продолжительности на единицу упрочняемой поверхности, т.е. по удельной длительности упрочнения 3, 4. К недостаткам относится то, что для реализации контрольных операций требуется проведение предварительных весьма трудоемких лабораторных исследований и выработка технологических рекомендаций для конкретных электрофизических режимов процесса и обрабатываемых материалов. Трудоемкость этой процедуры не позволяет организовать контроль и использовать его для оперативного управления процессом получения качественных покрытий в режиме реального времени. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели устройства контроля качества покрытий по продолжительности микроплазмоискровой обработки, является устройство для определения продолжительности обработки по изменению цвета искры, основанное на разложении на спектральные составляющие светового сигнала, излучаемого искрой, содержащее призму и преобразователь на фотодиодах для преобразования световых сигналов в электрические с последующей их обработкой на микропроцессорном блоке 2. К недостаткам такого устройства относится использование большого количества фотодиодов, что значительно усложняет электронную схему приема и обработки сигнала, а также алгоритм обработки, несовершенство преобразования световых сигналов в электрические. Это не дает возможности осуществлять оперативный контроль за ходом процесса нарастания формируемых покрытий в режиме реального времени. 2 26012006.04.30 Задачей полезной модели является обеспечение оперативного, надежного и технологичного контроля качества формируемых при микроплазмоискровых воздействиях покрытий с получением надежной и достоверной информации о продолжительности процесса создания покрытий определенных толщин и о начале их разрушения. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве контроля качества покрытий по продолжительности микроплазмоискровой обработки, основанного на изменении цвета искры, содержащего преобразователь на фотодиодах для преобразования световых сигналов в электрические с последующей их обработкой на микропроцессорном блоке,предлагается использовать блок фотодиодов со светофильтрами (взамен призмы) для выделения спектральных яркостей, добавив стабилизированный источник питания, блок управления на базе ПЭВМ с программным обеспечением, АЦП и согласованный с ним усилитель, а также датчики тока и напряжения для контроля энергетических параметров генератора легирующих импульсов. Замена призмы светофильтрами позволяет отказаться от использования большого количества фотодиодов (достаточно трех), благодаря чему значительно упрощаются электронная схема и алгоритм обработки сигнала, что позволяет дополнительно подключать к АЦП датчики тока и напряжения и проводить оперативный (в режиме реального времени) и технологичный контроль энергетических параметров установки микроплазмоискрового воздействия за счет непосредственного технологичного подключения к ней заявляемого устройства. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для контроля качества покрытий по продолжительности микроплазмоискровой обработки, содержащая 1 - блок фотодиодов (ФД 1, ФД 2, ФДЗ) 2 - стабилизированный источник питания (СИП) 3 - многоканальный усилитель (У 8) 4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП) ПЭВМ совместимая с 5 - системный блок 6 - терминал 7 - датчик напряжения (ДН) 8 - датчик тока (ДТ) 9 - установка микроплазмоискровой обработки 10, 11 - светофильтры. Устройство работает следующим образом. Световой сигнал искры с установки 9 воспринимается, стабилизируется и преобразуется в электрический сигнал блоками 2 и 1. Блок 1 состоит из трех фотодиодов. Перед фотодиодами ФД 1 и ФД 2 установлены светофильтры 10, 11 с полосой пропускания менее 0,55 мкм и более 0,55 мкм соответственно, благодаря чему можно получить два сигнала спектральной яркости и один яркостной с фотодиода ФДЗ, перед которым светофильтр не установлен. Далее сигналы через усилитель 3 подаются на АЦП 4 и в системный блок компьютера 5, где обрабатываются в соответствии с заложенным алгоритмом и выводятся на экран дисплея 6. Учитывая, что легирование проводится на разных режимах, параллельно с помощью датчиков напряжения 7 и тока 8 считываются напряжение и ток с установки 9. Алгоритм обработки базируется на свойствах света 5,2 где , , , - освещенность, сила света, расстояние до источника, угол между нормалью к поверхности и направлением на источник соответственно. 3 26012006.04.30 Учитывая, что размеры фотодиодов невелики (диаметр около 3 мм) можно считатьидля всех фотодиодов одинаковыми. Тогда отношения освещенностей ЕФД 1/ЕФД 3 и ЕФД 2/ЕФД 3 будут малозависимы от направления на обрабатываемую деталь и расстояния до нее. Все это позволяет выделить спектральные яркости и по их изменению судить о характере процесса нанесения покрытия. Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет решить поставленную задачу за счет достижения технического результата, сущность которого состоит в том, что в режиме реального времени удается контролировать энергосиловые параметры и продолжительность микроплазмоискровой обработки, определяя и обеспечивая качество - толщину, высокие равнотолщинность и сплошность формируемого покрытия. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4