Устройство для раздельного магнитного контроля толщины двухслойных покрытий

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ДВУХСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Лухвич Александр Александрович Булатов Олег Владимирович Шукевич Анатолий Куприянович Лукьянов Андрей Леонтьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для раздельного магнитного контроля толщины двухслойных покрытий,содержащее преобразователь в виде магнитомягкого экрана, в котором размещен постоянный стержневой магнит, сопряженный с магнитомягким полюсным наконечником, на котором жестко закреплена измерительная катушка, а также инструментальный усилитель, измерительный блок и блок индикации, отличающееся тем, что постоянный стержневой магнит жестко закреплен в магнитомягком экране, а в магнитомягком полюсном наконечнике вдоль его геометрической оси выполнено сквозное отверстие, в котором неподвижно закреплен магниточувствительный элемент, размещенный максимально близко к поверхности контролируемого покрытия.(56) 1. Испытание материалов Справочник / . Блюменауэр, . Ворх, И. Гарц и др. Под общ. ред. . Блюменауэра. Перевод с немецкого. - М. Металлургия, 1979. - С. 328. 2. Патент на полезную модель 1030 РБ, МПК 01 33/00. Устройство для неразрушающего контроля с посадочными магнитами / А.А.Лухвич, А.Л.Лукьянов.20030022 заявл. 22.01.03 опубл. 30.09.03 // Бюл.3, ч. 2. Открытия. Изобретения. 2003. - С. 309. 46352008.08.30 Полезная модель относится к магнитным средствам измерений и может использоваться для раздельного контроля толщины двухслойных покрытий. Известен магнитный прибор для контроля толщин материалов и покрытий 1, состоящий из Ш-образного постоянного магнита, жестко закрепленной на его внутреннем полюсе измерительной катушки и связанного с ней измерителя толщины. Однако прибор не позволяет раздельно контролировать толщину двухслойных покрытий. Наиболее близким к полезной модели является устройство для неразрушающего контроля с посадочными магнитами 2, состоящее из преобразователя, инструментального усилителя, блоков синхронизации, измерения и индикации. Преобразователь представляет собой магнитомягкий экран, в котором находится подвижная магнитная система в виде постоянного стержневого магнита с магнитомягким полюсным наконечником (постоянного П-образного магнита с двумя магнитомягкими полюсными наконечниками) на наконечнике (на одном из них) расположена жестко закрепленная измерительная катушка,которая связана с инструментальным усилителем. Кроме магнитной системы, в экран помещена подключенная к блоку синхронизации неподвижная синхронизирующая катушка. Блок синхронизации вместе с инструментальным усилителем связан с блоком измерения,который соединен с блоком индикации. Данное устройство также не позволяет раздельно контролировать толщину двухслойных покрытий. Техническая задача, на решение которой направлено создание полезной модели, - расширение функциональных возможностей устройства. Сущность полезной модели заключается в том, что она состоит из преобразователя,инструментального усилителя, блоков измерения и индикации. Преобразователь представляет собой магнитомягкий экран, в котором неподвижно размещен постоянный стержневой магнит, сопряженный с магнитомягким полюсным наконечником со сквозным отверстием, ориентированным по направлению его геометрической оси. На полюсном наконечнике жестко закреплена измерительная катушка, а в отверстии для измерения нормальной составляющей индукции вторичного магнитного поля жестко закреплен магниточувствительный элемент, который размещен максимально близко к поверхности контролируемого покрытия. Измерительная катушка и магниточувствительный элемент подключены к инструментальному усилителю, который связан с блоком измерения, соединенным с блоком индикации. Наличие двух измерительных элементов и разный характер зависимости их информативных сигналов от толщины верхнего и толщины нижнего слоев контролируемого покрытия позволяют построить в пространстве этих сигналов градуировочную зависимость, принимающую вид сетки, а специально разработанный алгоритм - определить по этой зависимости и результату одного измерения названные толщины. Максимальное приближение магниточувствительного элемента к поверхности контролируемого покрытия обеспечивает наибольшую чувствительность к нормальной составляющей индукции вторичного магнитного поля. В полезной модели отсутствует блок синхронизации, что упрощает ее конструкцию. В качестве магниточувствительного элемента может использоваться датчик Холла, феррозонд или любой другой элемент, измеряющий названную составляющую. Полезная модель позволяет контролировать любые двухслойные покрытия при условии, что относительная магнитная проницаемость нижнего слоя покрытия намного больше относительных магнитных проницаемостей верхнего слоя и основания под покрытием, либо при условии, что первая из названных проницаемостей невелика, а две последние практически равны единице. На фиг. 1 показана схема устройства для раздельного магнитного контроля толщины двухслойных покрытий. На фиг. 2 изображена градуировочная зависимость в виде сетки, построенной по результатам расчетов информативных сигналов, соответствующих моделям дисков одинакового диаметра, различающихся по толщине никелевого основания и толщине хромового покрытия. 2 46352008.08.30 Полезная модель (фиг. 1) содержит постоянный стержневой магнит 1 и сопряженный с ним магнитомягкий полюсный наконечник 2, в котором имеется расположенное вдоль его геометрической оси сквозное отверстие. В последнем жестко закреплен измеряющий нормальную составляющую индукции вторичного магнитного поля магниточувствительный элемент 3, который размещен максимально близко к поверхности контролируемого покрытия. На полюсном наконечнике 2 неподвижно закреплена измерительная катушка 4. Позиции 1-4 неподвижны относительно магнитомягкого экрана 5, который вместе с ними образует преобразователь полезной модели. Магниточувствительный элемент 3 и измерительная катушка 4 подключены к инструментальному усилителю 6, последовательно соединенному с блоком измерения 7 и блоком индикации 8. Стрелка указывает направление намагниченности стержневого магнита 1. Рассмотрим работу полезной модели при раздельном контроле толщины двухслойного покрытия в случае, когда на немагнитное основание нанесены сначала никель, затем хром. Преобразователь (фиг. 1) устанавливают на заданный участок контролируемого покрытия, затем удаляют от него на некоторое расстояние. При удалении преобразователя от названного участка с измерительной катушки 4 снимается информативный сигнал, обусловленный изменением потока нормальной составляющей индукции магнитного поля интегральная величина сигнала зависит от толщины хрома и толщины никеля. Одновременно с магниточувствительного элемента 3, закрепленного в отверстии магнитомягкого полюсного наконечника 2, снимается другой информативный сигнал, обусловленный изменением нормальной составляющей магнитной индукции в отверстии разность значений этой составляющей, соответствующих расположению преобразователя на заданном участке и на некотором расстоянии от него, также определяется названными толщинами. Минимальное расстояние между магниточувствительным элементом 3 и поверхностью контролируемого покрытия обеспечивает максимальную чувствительность к названной составляющей. Информативные сигналы поступают сначала на инструментальный усилитель 6, затем в блок измерения 7, где производится их обработка. Полученные после обработки величины рассматриваются как координаты точки, находящейся в двухмерном пространстве информативных сигналов. По специально разработанному алгоритму блок измерения 7 определяет положение точки сначала относительно ячеек, затем сторон той ячейки, в которую попала точка ячейки принадлежат сетке, построенной предварительно по результатам градуировки полезной модели по хромоникелевым образцам с известными сочетаниями толщин хрома и никеля (фиг. 2). Так, если результатом измерения является точка(один из узлов ячейки ), толщина никеля определяется кривой 5, а толщина хрома - кривой 7, т.е. в этом случае толщина никеля равна 0,7 мм, а толщина хрома 0,2 мм. Если результат измерения - точка А, то по названному алгоритму сначала устанавливается ее принадлежность одной из ячеек сетки (т.е. выясняется, что она заключена в ячейке ), затем - положение точки А относительно сторон этой ячейки, по которому судят о толщине никеля и толщине хрома. Поскольку каждой точке соответствует единственное сочетание толщин слоев покрытия, по ее положению относительно сетки однозначно определяются толщины никеля и хрома, отображаемые блоком индикации 8. Работоспособность полезной модели подтверждается результатами, полученными при расчетах методом конечных элементов (фиг. 2). В качестве образцов двухслойного покрытия использовались модели хромоникелевых дисков диаметром 60 мм. При построении градуировочной зависимости толщина никелевого основания возрастала от 0,1 до 0,7 мм с шагом 0,1 мм, толщина хромового покрытия - от 0 до 0,2 мм с шагом 0,05 мм (кривые 1-7 и 1-5 соответственно). В итоге была построена сетка, каждый узел которой соответствует известному сочетанию толщин никеля и хрома. Такой вид зависимости свидетельствует о том, что любой точке, попавшей в рассматриваемую двухмерную область, соответствует только одно сочетание названных толщин с другой стороны, любому из возможных сочетаний этих толщин соответствует только одна точка в пространстве параметров(изме 3 46352008.08.30 рительная катушка) и(магниточувствительный элемент). Следовательно, положение точки относительно сетки позволяет однозначно судить о толщине верхнего и толщине нижнего слоев контролируемого покрытия. Технический результат при использовании полезной модели обеспечивается наличием в магнитомягком полюсном наконечнике сквозного отверстия, которое ориентировано вдоль его геометрической оси, размещенным в этом отверстии для измерения нормальной составляющей индукции вторичного магнитного поля магниточувствительным элементом, расположенным максимально близко к поверхности контролируемого покрытия, а также жестким креплением постоянного стержневого магнита к магнитомягкому экрану. Полезная модель может использоваться для раздельного контроля толщины двухслойных либо толщинометрии однослойных покрытий с различными магнитными свойствами. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4