В
В мире НК
Guest
Вихретоковый фазовый метод измерения толщины гальванических покрытий
Об авторе
Необходимо войти для просмотра
Ноймайер Петер
Helmut Fischer GmbH, г. Зиндельфинген (ФРГ).
Введение
Магнитоиндукционный метод уже в течение нескольких десятилетий успешно применяется для контроля защитных, в том числе гальванических, покрытий на изделиях из ферромагнитных материалов. Для получения корректных результатов при использовании этого метода следует учесть ряд мешающих факторов, особенно влияние материала основы, геометрии изделия в зоне измерения и шероховатости поверхности контролируемого изделия. Методом, имеющим ряд преимуществ, является модификация уже достаточно давно применяемого на практике вихретокового амплитудного метода. В этом методе в качестве первичного информативного параметра для измерения толщины электропроводящих покрытий используется изменение фазы сигнала от измерительной обмотки относительно сигнала возбуждения. Как будет показано в дальнейшем, указанные недостатки магнитоиндукционного метода в модифицированном виде могут быть в значительной мере устранены.
Вихретоковый фазовый метод
В этом методе для определения толщины покрытия используется изменение фазы сигнала от измерительной обмотки относительно сигнала возбуждения (обычно к значению фазы тока в катушке возбуждения). Наглядно это показано на рис. 1 в импедансной плоскости с помощью действительной и мнимой частей комплексного сигнала с измерительной обмотки. Каждой точке, отмеченной кружком, соответствует положение вершины комплексного вектора сигнала с измерительной обмотки (проведенного из начала координат к рассматриваемой точке импедансной плоскости), соответствующего определенной толщине цинка на железной основе и толщине зазора, то есть нетокопроводящего слоя между чувствительным элементом преобразователя и поверхностью цинка, например, лакокрасочного покрытия.
Видно, что фазовый сдвиг сигнала сильно меняется при увеличении толщины покрытия, в то время как величина зазора сказывается в основном только на его амплитуде. Такое поведение вектора имеет большие преимущества при
наличии мешающих факторов, что будет показано далее.
Сравнение магнитоиндукционного и вихретокового методов
Геометрия в точке контроля
У малоразмерных деталей, выпускаемых крупными партиями: винтов, гаек, болтов и т. д., часто необходимо производить точечные измерения толщины покрытий. У винтов, например, измерения проводятся на поверхности головки. Магнитоиндукционный метод в таком случае требует корректурную калибровку в соответствующей точке изделия без нанесенного покрытия для уменьшения погрешности при измерениях. При сильно меняющейся геометрии изделия это является недостатком, особенно если поверхности измеряемого объекта имеют большую кривизну.
Вихретоковый фазовый метод значительно слабее подвержен влиянию геометрии. Причина этого объясняется в представленном на рис. 1 поведении вектора сигнала. Увеличение кривизны действует как увеличение зазора и почти не сказывается на изменении фазы сигнала и вычисляемой с его помощью толщины покрытия.
При использовании магнитоиндукционного метода искривление поверхности приводит к заметной погрешности результата. Это следует из сравнительных данных (табл. 1) при измерении покрытия на цилиндрической детали со ступенчато изменяющимся диаметром. Для имитации равнотолщинного цинкового покрытия была использована медно-бериллиевая (CuBe) фольга. Электропроводность CuBe составляет около 9 МС/м и примерно соответствует электропроводности цинка 7 МС/м. Перед проведением измерений приборы - магнитоиндукционный и вихретоковый фазовый - предварительно были откалиброваны на плоской торцевой поверхности изделия.
Табл. 1 представляет различие в степени влияния геометрии изделия на погрешность измерения этими методами. При минимальном диаметре 4 мм погрешность измерения магнитоиндукционным методом составляет 80 %, в то время как фазовый метод дает погрешность 8 %, т. е. в 10 раз меньше.
Об авторе
Необходимо войти для просмотра
Ноймайер Петер
Helmut Fischer GmbH, г. Зиндельфинген (ФРГ).
Введение
Магнитоиндукционный метод уже в течение нескольких десятилетий успешно применяется для контроля защитных, в том числе гальванических, покрытий на изделиях из ферромагнитных материалов. Для получения корректных результатов при использовании этого метода следует учесть ряд мешающих факторов, особенно влияние материала основы, геометрии изделия в зоне измерения и шероховатости поверхности контролируемого изделия. Методом, имеющим ряд преимуществ, является модификация уже достаточно давно применяемого на практике вихретокового амплитудного метода. В этом методе в качестве первичного информативного параметра для измерения толщины электропроводящих покрытий используется изменение фазы сигнала от измерительной обмотки относительно сигнала возбуждения. Как будет показано в дальнейшем, указанные недостатки магнитоиндукционного метода в модифицированном виде могут быть в значительной мере устранены.
Вихретоковый фазовый метод
В этом методе для определения толщины покрытия используется изменение фазы сигнала от измерительной обмотки относительно сигнала возбуждения (обычно к значению фазы тока в катушке возбуждения). Наглядно это показано на рис. 1 в импедансной плоскости с помощью действительной и мнимой частей комплексного сигнала с измерительной обмотки. Каждой точке, отмеченной кружком, соответствует положение вершины комплексного вектора сигнала с измерительной обмотки (проведенного из начала координат к рассматриваемой точке импедансной плоскости), соответствующего определенной толщине цинка на железной основе и толщине зазора, то есть нетокопроводящего слоя между чувствительным элементом преобразователя и поверхностью цинка, например, лакокрасочного покрытия.
Необходимо войти для просмотра
Рис. 1. Импедансная плоскость сигнала с зонда ESD2.4 для цинкового покрытия на основе из железа
Рис. 1. Импедансная плоскость сигнала с зонда ESD2.4 для цинкового покрытия на основе из железа
Видно, что фазовый сдвиг сигнала сильно меняется при увеличении толщины покрытия, в то время как величина зазора сказывается в основном только на его амплитуде. Такое поведение вектора имеет большие преимущества при
наличии мешающих факторов, что будет показано далее.
Сравнение магнитоиндукционного и вихретокового методов
Геометрия в точке контроля
У малоразмерных деталей, выпускаемых крупными партиями: винтов, гаек, болтов и т. д., часто необходимо производить точечные измерения толщины покрытий. У винтов, например, измерения проводятся на поверхности головки. Магнитоиндукционный метод в таком случае требует корректурную калибровку в соответствующей точке изделия без нанесенного покрытия для уменьшения погрешности при измерениях. При сильно меняющейся геометрии изделия это является недостатком, особенно если поверхности измеряемого объекта имеют большую кривизну.
Вихретоковый фазовый метод значительно слабее подвержен влиянию геометрии. Причина этого объясняется в представленном на рис. 1 поведении вектора сигнала. Увеличение кривизны действует как увеличение зазора и почти не сказывается на изменении фазы сигнала и вычисляемой с его помощью толщины покрытия.
При использовании магнитоиндукционного метода искривление поверхности приводит к заметной погрешности результата. Это следует из сравнительных данных (табл. 1) при измерении покрытия на цилиндрической детали со ступенчато изменяющимся диаметром. Для имитации равнотолщинного цинкового покрытия была использована медно-бериллиевая (CuBe) фольга. Электропроводность CuBe составляет около 9 МС/м и примерно соответствует электропроводности цинка 7 МС/м. Перед проведением измерений приборы - магнитоиндукционный и вихретоковый фазовый - предварительно были откалиброваны на плоской торцевой поверхности изделия.
Необходимо войти для просмотра
Табл. 1 представляет различие в степени влияния геометрии изделия на погрешность измерения этими методами. При минимальном диаметре 4 мм погрешность измерения магнитоиндукционным методом составляет 80 %, в то время как фазовый метод дает погрешность 8 %, т. е. в 10 раз меньше.