Устройство для контроля толщины покрытий и остаточной намагниченности

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЙ И ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Чурило Василий Романович Шарандо Владимир Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для контроля толщины покрытий и остаточной намагниченности, содержащее корпус, подвижно расположенный в нем цилиндрический постоянный магнит, жестко сопряженный с полюсом магнита магнитомягкий цилиндрический наконечник,закрепленную на наконечнике индукционную катушку и подключенный к ней измерительный блок, отличающееся тем, что содержит размещенную в основании корпуса вторую индукционную катушку с осевым отверстием, равным диаметру наконечника,подключенный к этой катушке второй измерительный блок и подключенный к обоим измерительным блокам блок совместной обработки измеренных сигналов.(56) 1. Неразрушающий контроль Справочник в 7 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 6,кн. 1 Магнитные методы контроля. / В.В. Клюев, В.Ф. Мужицкий, Э.С. Горкунов,В.Е. Щербинин. - М. Машиностроение, 2004. - С. 69-71. 2. Лухвич А.А. Магнитные толщиномеры нового поколения // Неразрушающий контроль и диагностика. - 2010. -4. - С. 6-8. 81122012.04.30 Полезная модель относится к средствам магнитного контроля и может быть использована для контроля свойств поверхностных слоев материалов и изделий. Известны магнитостатические толщиномеры, действие которых основано на определении индукции магнитного поля в цепи постоянного магнита при изменении расстояния между ним и основанием изделия из-за наличия покрытия 1. Наибольшее распространение получили магнитостатические толщиномеры с преобразователями Холла. В качестве источников намагничивающего поля используются стержневые и П-образные магниты. Недостатком этих приборов является наличие систем питания и стабилизации тока датчика Холла, необходимость компенсации изменений сигнала при изменении температуры окружающей среды. Это снижает точность измерений, усложняет конструкции, сокращает, при автономном питании, время непрерывной работы. Необходимость разрыва магнитной цепи для размещения датчика Холла снижает чувствительность. Кроме того,наличие одного информативного сигнала сужает функциональные возможности устройств. Наиболее близким к полезной модели является устройство для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных изделиях 2, содержащее цилиндрический постоянный магнит, жестко сопряженный с ним магнитомягкий цилиндрический полюсной наконечник, закрепленную на наконечнике индукционную катушку и подключенный к катушке измерительный блок. При работе наконечник приводят в соприкосновение с поверхностью контролируемого изделия, включают измерительный блок. Затем устройство отводят от изделия. Измерительный блок регистрирует интегральный сигнал, величина которого пропорциональна изменению потока магнитной индукции в катушке и несет информацию о магнитных свойствах материала изделия и толщине немагнитного покрытия. Недостатком устройства является наличие лишь одного информативного сигнала, что сужает функциональные возможности в области контроля магнитных свойств. Техническая задача, решаемая полезной моделью, - расширение функциональных возможностей устройства. Сущность полезной модели заключается в том, что она содержит корпус, подвижно расположенный в нем цилиндрический постоянный магнит, жестко сопряженный с полюсом магнита магнитомягкий цилиндрический наконечник, закрепленную на наконечнике индукционную катушку и подключенный к ней измерительный блок. В основании корпуса размещена вторая индукционная катушка с осевым отверстием, равным диаметру наконечника, к которой подключен второй измерительный блок. К обоим измерительным блокам подключен блок совместной обработки измеренных сигналов. Первая индукционная катушка и подключенный к ней измерительный блок предназначены для регистрации сигнала, пропорционального магнитному потоку в цепи магнит - наконечник - контролируемое изделие и характеризующего способность изделия к намагничиванию. Вторая индукционная катушка и подключенный к ней измерительный блок регистрируют сигнал, пропорциональный величине остаточной намагниченности поверхности изделия после разрыва контакта наконечник - контролируемое изделие и характеризующий способность материала изделия к сохранению намагниченности. Таким образом, два полученных сигнала несут информацию о разных магнитных свойствах материала контролируемого изделия. Их совместная обработка позволяет получить зависимости от новых контролируемых параметров, компенсировать влияние мешающих факторов, что расширяет функциональные возможности устройства. На фиг. 1 показана схема устройства для контроля толщины покрытий и остаточной намагниченности. На фиг. 2 изображена зависимость величины сигнала размещенной на наконечнике катушки 1 (относительные единицы) от коэрцитивной силыи толщины покрытиядля его значений 0, 33 и 76 мкм. 81122012.04.30 На фиг. 3 изображена зависимость величины сигнала размещенной в основании корпуса катушки 2 (относительные единицы) от коэрцитивной силыи толщины покрытиядля его значений 0, 33 и 76 мкм. Полезная модель (фиг. 1) содержит корпус 1, расположенный в нем с возможностью осевого перемещения цилиндрический постоянный магнит 2, сопряженный с полюсом магнита магнитомягкий наконечник 3, закрепленную на наконечнике индукционную катушку 4, пружину 5. В основании корпуса 1 размещена вторая индукционная катушка 6. Катушка 4 соединена с измерительным блоком 7, а катушка 6 - с измерительным блоком 8. К измерительным блокам 7 и 8 подключен блок совместной обработки измеренных сигналов 9. Устройство расположено над поверхностью контролируемого изделия 10. Рассмотрим работу полезной модели. Полезную модель устанавливают основанием корпуса 1 на поверхность контролируемого изделия 10. Нажимая на верхний торец магнита 2 и сдавливая пружину 5, приводят нижний торец наконечника 3 в соприкосновение с поверхностью контролируемого изделия 10. В результате в наконечнике 3 и, соответственно, в индукционной катушке 4 устанавливается поток магнитной индукции, характеризующий намагниченность изделия в приложенном поле его величина определяется свойствами, характеризующими процесс намагничивания, такими как намагниченность насыщенияи магнитная проницаемость. Включают измерительный блок 7 и отпускают магнит при этом пружина 5 отводит его вместе с наконечником 3 и катушкой 4 от поверхности контролируемого изделия 10. Измерительный блок 7 регистрирует сигнал с катушки 4, пропорциональный изменению в ней потока магнитной индукции. После удаления намагничивающей системы на поверхности контролируемого изделия 10, на месте расположения нижнего торца наконечника 3,сохраняется локальный намагниченный участок создаваемый им поток остаточной индукции выходит в пространство над поверхностью внутри катушки 6. Его величина зависит от свойств, говорящих о сопротивлении изделия размагничиванию, таких как остаточная намагниченностьи коэрцитивная сила . Далее включают измерительный блок 8 и отрывают корпус 1 от поверхности контролируемого изделия 10. Измерительный блок 8 регистрирует сигнал с катушки 6, пропорциональный изменению в ней потока остаточной магнитной индукции. Зарегистрированные измерительными блоками 7 и 8 сигналы несут информацию о разных магнитных свойствах материала контролируемого изделия, при этом они получены с одного и того же места поверхности изделия, в единых условиях контроля и единообразно уменьшаются при появлении немагнитного зазора. Данные сигналы совместно обрабатывают с помощью блока совместной обработки измеренных сигналов 9. По полученным результатам судят о толщине немагнитного покрытия и связанных с магнитными свойствами характеристиках изделия коэрцитивной силе, химическом и фазовом составе, твердости, механических напряжениях и т.п. Работоспособность полезной модели подтверждается экспериментальными данными(фиг. 2, 3). Они получены в результате испытаний на образцах стали 602 в состояниях после закалки и отжигов при различных температурах, имеющих различную коэрцитивную силу. Измерения выполнены на поверхностях без покрытий и с наложением полимерных пленок толщиной 33 и 76 мкм. Использован магнит из материала -37,имеющего 950000 А/м и остаточную индукцию 1,25 Тл, наконечник выполнен из стали 10. Диаметр магнита и наконечника составлял 5 мм. Сигнал катушки на наконечнике зависит в основном от толщины немагнитного покрытия и практически не зависит от коэрцитивной силы. Сигнал катушки в основании корпуса имеет хорошую корреляцию с коэрцитивной силой при этом с изменением толщины покрытий изменяется угол наклона кривых. Измерения проведены в одном и том же месте поверхности изделия и испытывали влияние одних и тех же посторонних факторов. Совместный анализ полученных сигналов позволяет решить задачу одновременного определения толщины немагнитного покрытия на стали (лак, краска, хром, цинк, окалина, за 3 81122012.04.30 грязнения и т.п.) и контроля коэрцитивной силы (и связанных с ней структурных свойств) с поправкой на немагнитное покрытие. Полезная модель может использоваться для толщинометрии немагнитных покрытий,измерения остаточной намагниченности и контроля связанных с магнитными свойствами характеристик изделий (коэрцитивной силы, химического и фазового состава, твердости,механических напряжений и т.п.). Получение двух разнородных информативных сигналов расширяет ее функциональные возможности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4