Способ определения координат и формы дефектов в проводящей поверхности и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано для определения мест коротких замыканий в печатных платах. Способ определения координат и формы дефектов (Д) в проводящей поверхности реализован в устройстве. Для повышения точности определения вращают пьезоэлемент 15 с постоянным магнитом (ПМ) 13 относительно оси, перпендикулярной к исследуемой поверхности объекта 2, которую возбуждают возбудителем 1 переменного тока. По изменению фазы электрического сигнала на измерителе 5 разности фаз определяют направление тока с помощью указателя направления тока в данной точке поверхности. Перемещают последовательно ПМ 13 в направлении тока и определяют его распределение, по характеру которого находят координаты и определяют форму Д. Изобретение повышает точность определения координат Д. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ö 4 С 01 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬОТВЪ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4045219/24-21 (22) 03.04.86 (46) 15.04.89. Б..л. К 14 (72) В.Н. Григорьев, В.А. Левандовский и А.П. Червяков (53) 621.396.6.049 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1299480, кл. H 05 К 13/08, 1984.

Приборы и техника эксперимента.

1982, У 3, с. 213-214.

Электронная промышленность, 1975, вып. 8, с. 54. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ И

ФОРМЫ ДЕФЕКТОВ В ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано, в частности, для определения мест коротких замыканий в печатных платах. Способ определения

„„SU„„1472755 А1 координат и формы дефектов (Д) в проводящей поверхности реализован в устройстве..Для повышения точности определения вращают пьезоэлемент 15 с постоянным магнитом (ПМ) 13 относительно оси, перпендикулярной к исследуемой поверхности объекта 2, которую возбуждают возбудителем 1 перемени<го тока. По изменению фазы электрического сигнала на измерителе 5 разности фаз определяют направление тока с помощью указателя направления тока в данной точке поверхности.

Перемещают последовательно ПМ 13 в направлении тока и определяют его распределение по характеру которо1

ro находят координаты и определяют форму Д. Изобретение повышает точность .определения координат Д. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1 14727

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использо" вано в приборостроительных отраслях промышленности для нахождения координат дефектов в проводящих поверх5 ностях, в частности для определения мест коротких замыканий в печатных платах.

Цель изобретения — повышение точ- 1О ности определения координат дефектов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная электрическая схема устройства; на фиг. 3 — за-:15 висимость напряжения на выходе предусилителя от угла поворота магнитоприемника; на фиг. 4 — диаграмма нап-. равленности магнитоприемника; на фиг. 5 — зависимость величины магнит- 2р ной индукции от расстояния до проводящей поверхности для проводника прямоугольного сечения.

Способ осуществляют следующим образом. 25

Через контролируемую проводящую поверхность, например короткозамкнутые проводники многослойной печатной платы, пропускают от возбудителя переменный электрический ток. Mar- 30 нитное поле этого тока взаимодействует с полем постоянного магнита, размещенного на малом, до 1 мм, расстоянии от поверхности контролируемого объекта. Прямой магнит в неоднородном магнитном поле испытывает как ориентирующее действие (стремится повернуться вдоль силовых линий магнитного поля), так и поступательное движение вследствие взаимного 4р притяжения или отталкивания постоянного магнита и проводника с током на . печатной плате. Это приводит к возникновению в постоянном магните механических колебаний, которые воспри-. нимают пьезоэлементом, преобразуют в электрический сигнал и усиливают предварительным усилителем. Экспериментально установлено, что находящие.ся в переменном магнитном поле постоянный магнит с жестко закрепленным на его торце пьезоэлементом обладают диаграммой направленности, характер которой изображен на фиг. 4, при этом напряжение на выходе предусилителя меняется по синусоидальному закону U 1 (sin8, где К вЂ” коэффициент пропорциональности при изменении угла поворота О магнита и пьезоприемника относительно оси, перпендикулярной исследуемой поверхнос. ти. Вращая магнит и пьезоэлемент .: вокруг этой оси, получают сигнал с частотой возбуждающего тока, причем амплитуда этого сигнала йериодически изменяется (модулируется) с удвоенной частотой вращения постоянного магнита и пьезоэлемента. Поскольку постоянный магнит с пьезоэлементом обладают в переменном магнитном поле диаграммой направленности, то изменение направления тока в проводящей поверхности исследуемого объекта приводит к изменению фазы модулирующего сигнала на выходе пьезоэлемента. Таким образом, фаза модулирующего сигнала однозначно определяет направление тока в исследуемой поверхности. Определив направление тока в какой-либо точке поверхности и переходя от точки к точке вдоль этой поверхности по направлению тока в каждой из них находят траекто-" рию линий этого тока, по характеру изменения которой определяют координаты дефектов поверхности. Признаком появления дефекта является искажение линий тока по сравнению с эталонной картиной. Б зоне дефекта происходит концентрация или рассредо -: точение линий тока. Координаты дефекта определяют по максимальной величине искажений линий тока на его границе. Непосредственно в области дефекта всегда имеются две пересекающиеся линии, .перемещение вдоль которых не приводит к изменению фазы модулирующего сигнала на выходе предусилителя. Точка пересечения этих двух линий является геометрическим центром дефекта. Точность определения геометрического центра дефекта зависит от точности измерения отклонения фазы модулирующего сигнала и распространенной разрешающей способности магнитоприемника.

Устройство (фиг. 2) состоит из возбудителя 1 переменного тока в исследуемом объекте 2, измерительного канала 3, опорного канала 4, измерителя 5 разности фаз, схемы 6 управления, указателя 7 направления тока.

В состав измерительного канала 3 входят датчик 8 магнитного ноля, предусилитель 9 и формирующее устройст во 10, преобразующее амплитудно-модули аванный сигнал с выхода предусилителя 9 в нормированные по амплитуде прямоугольные импульсы. Опорный канал 4 содержит датчик 11 опорного сигнала и формирующее устройство 12, преобразующее переменный сигнал с датчика 11 в нормированные по амплитуле прямоугольные импульсы. Датчик

8 магнитного поля (фиг. 1) состоит ческой формы, установленного в корпусе 14 жестко укрепленного на торце магнита 13 пьезоэлемента 15, предусилителя 9, размещенного в корпусе 14, установленном в подшипниках 16 и имеющего возможность вращаться вокруг оси совместно с магнитом 13, пьезоэлементом 15 и предусилителем 9 с помощью двигателя 17 через приводной пассик 18. Выход предусилителя 9 сое- 20 динен через форм снующее устройство

10 с сигнальным входом измерителя 5 разности фаз, Указатель 7 направления тока состоит из поворотного корпуса 19, установленного в основном 25 корпусе 20, индекса 21, жестко соединенного с поворотным корпусом 19 двигателя 22, с помощью которого через пассик 23 производят поворот корпуса 19 и индекса 21. Датчик 11 опор- 30 ного сигнала состоит из обтюратора, заслонка 24 которого жестко соединена с корпусом, фотоприемника 25 и источника 26 света, установленных на поворотном корпусе 19 указателя 7 направления тока и вращающихся совместно с корпусом 19 ° Выход датчика

11 опорного. сигнала через формирующее устройство 12 соединен с входом измерителя 5 разности фаз, выход ко- 40 торого через схему 6 управления соединен с двигателем 22 указателя 7 направления тока. Основной корпус

20 и двигатели 17 и 22 жестко закреплены на кронштейне 27, который через 45 зубчатую рейку 28 соединен со стойкой 29, укрепленной на основании 30, на котором установлен также двухкоординатный стол 3 1 с исследуемым объектом 2

50 ь

Схема 6 управления предназначена для управления работой указателя 7 направления тока, а именно скоростью и направлением вращения шагового двигателя 22. Блок состоит из задающего

55 генератора, коммутатора, преобразующего унитарный код в 4-фазную систему напряжения, и усилителя мощнос3

4 ти, служащего для питания обмоток шагового двигателя 22.

Блок 10(12) формирования электри-5 ческого сигнала предназначен для формирования на выходе сигналов прямоугольной формы с нормированной амплитудой из синусоидального или ненормированного прямоугольного сигнаиз постоянного магнита 13 цилиндри- 10 лов, построен на базе интегрального компаратора серии 521.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый объект 2 (фиг. 1) устанавливается на двухкоордннатный стол 31. К проводящей поверхности объекта 2 от возбудителя 1 подводится переменный электрический ток, Перемещая кронштейн 27 при помощи зубчатой рейки 28, устанавливают торца" вую поверхность постоянного магнита

13 над проводящей поверхностью исследуемого объекта 2 на расстоянии до

1 мм, При взаимодействии проводника с током с полем постоянного магнита

13 в последнем возникают механические колебания с частотой воэбуждаюи.— го тока. Эти колебания преобразуют: в электрический сигнал с помощью пьезоэлемента 15,„ усиливаются прецусилителем 9 и через формирующее устройство -10 поступают на вход измери= теля 5 разности фаз. Постоянный магнит 13, пьезоэлемент 15 и предусилитель 9 вращаются с определенной частотой с помощью двигателя 17, при этом вследствие неравномерно1 чувствительности датчика 8 магнитного поля по углу поворота (см. диаграмму направленности фиг. 3, 4) на выходе предусилителя 9 формируется амплитудно-модулированный сигнал с несущей частотой, равной частоте протекающего через поверхность объекта

2 возбуждающего тока и частотой модуляции, равной удвоенной частоте вращения постоянного магнита 13 ч пьезоэлемента 15. Сигнал с выхода предусилителя 9 поступает в формирующее устройство 10, где дополнительно усиливается, детектируется и ограничивается, в результате на сигналь-ный вход измерителя 5 разности фаэ действуют нормированные по амплитуде прямоугольные импульсы, длительность и частота следования которых определяется диаграммой направлеHHocTH н частотой вращения датчика 8 магнитного поля.

5 147

На опорный вход измерителя 5 разности фаз с формирующего устройства

12 поступают прямоугольные импульсы, частота следования и длительность которых совпадают с частотой следования и длительностью импульсов измерительного канала 3. и отличаются только фазовым сдвигом. Частоты импульсов равны, поскольку равны скорости вращения заслонки обтюратора 24 и датчика 8 магнитного поля, а длительности поддерживаются равными соответствующим подбором геометрических размеров заслонки обтюратора 24.

Поскольку элементы источника, опорного сигнала (фотоприемник 25 и источник 2б света) могут поворачиваться вокруг оси, то в момент включения фактическое направление тока в точке измерения и положение указателя 7 направления тока могут не совпадать. Сдвинутые по фазе измерительный и опорный сигналы преобразуются с помощью измерителя 5 разности фаз в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна разности фаз между этими сигналами, а знак характеризует отставание или опережение измерительного сигнала относительно опорного по фазе. Постоянное напряжение с выхода измерителя 5 разности .фаз поступает на схему 6 управления исполнительного двигателя 22 указателя 7 направления тока, с помощью которого происходит поворот корпуса

19 указателя 7 направления тока до тех пор, пока рассогласование между фазами измерительного и опорного сигналов не будет устранено. При этом индекс 21,. укрепленный на корпусе 19, укажет направление тока в данной конкретной точке исследуемого объекта 2.

При перемещении в другую точку поверхности объекта 2, в случае изменения направления тока, произойдет рассогласование фаз измерительно- . го и опорного сигналов и доворот корпуса 19 указателя направления тока. Таким образом, указатель 7 будет отслеживать направление тока в любой точке исследуемой поверхности 2. На точность работы указателя не оказывают влияние изменение частоты тока возбуждения, скорости вращения, датчика 8 магнитного поля, амплитуды протекающего тока, а также изменение расстояния от магнита. 13 до ис-. следуемой поверхности объекта 2.

2755

10

20

45 ного поля, выполненный в форме постоянного магнита цилиндрической формы, сопряженного с пьезоэлементом и установленного в корпусе и электрически соединенного с измерительным каналом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения координат и формы де55 фектов оно снабжено блоком управления и соединенным с ним поворотным указателем направления тока, блоками формирования сигнала и измере-. ния разности фаз, а измерительный

Устройство обладает свойствами, заключающимися в значительном снижении активной зоны магнитоприемника и возникновении диаграммы направленности. Используя эти свойства, возможно с высокой пространственной разрешающей способностью и точностью измерять направление тока в любой точке поверхности, что позволяет с высокой точностью определять координаты дефектов на этой поверхности.

Формула из обретения

Способ определения координат и формы дефектов в проводящей поверх-. ности, при котором по нормали к конт. ролируемой поверхности на расстоянии от нее размещают постоянный магнит, сопряженный с пьезоэлементом, по поверхности пропускают переменный электрический ток и преобразуют механические колебания постоянного магнита в. электрический сигнал, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения коор-. динат и формы дефектов, осуществляют вращение пьезоэлемента с постоянным магнитом относительно оси, перпендикулярной к исследуемой поверхности, и по изменению фазы электрического сигнала на выходе пьезоэлемента определяют направление тока в данной точке поверхности, последовательно перемещают магнит с пьезоэлементом в направлении тока и определяют его распределение, по характеру которого определяют координаты и форму дефектов поверхности.

2. Устройство для определения координат и формы дефектов в проводящей поверхности, содержащее корпус, источник переменного тока с клеммами для подключения к исследуемому изб мерительному каналу, датчик магнит1472755 блок снабжен датчиком опорного сигнала в виде обтюратора, заслонка которого закреплена на корпусе датчика магнитного поля, который установлен с возможностью вращений относительI но продольной геометрической оси стержня постоянного магнита, причем датчик опорного сигнала соединен че5 рез блок формирования сигнала с входом блока измерения разности фаз.

1472755

10

Корректор Л. Патай

Редактор Т. Лазоренко

Заказ 1699/40 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101

-8 ооо оп Оt 1

Составитель Н. Шмелев

Техред Л.Сердюкова

Jnp фМ юо mo8