Мера толщины покрытия для градуировки и поверки электромагнитных и вихретоковых толщиномеров покрытий

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к метрологическому обеспечению вихретоковых и электромагнитных приборов, измеряющих толщину покрытий . Цель изобретения - повышение точности меры/толщины покрытия. Мера содержит металлическую основу в виде пластины с плоскопараллельными поверхностями противоположных ее сторон и немагнитное покрытие в виде металлической пленки, расположенной на верхней стороне основы. В основе в пределах нижней ее стороны профрезерован сквозной центральный прямоугольный паз, ширина и глубййа которого соответственно превосходят ширину и толщину покрытия,а,стороны паза параллельны сторонам основы. Кроме того, мера дополнительно снабжена четырьмя одинаковыми стержнями, диаметр которых равен толщине основы, причем два стержня закреплены по одному на противоположных сторонах основы, содержащих паз,так, чтобы верхние образующие цилиндрических стержней были параллельны и выше рабочей стороны основы на 4/5 - 1/5 глубины паза, а два других стержня закреплены над покрытием параллельно двум первым . 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з G 01 В 706

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1-) 4785065/28 (22) 13.12.89 (46) 07.02,92. Бюл. М 5 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) Д.И. Косовский (53) 531.717.7 (088.8) (56) Меры толщины образцовые. ГОСТ

25177-82.

Авторское свидетельство СССР

t+ 1348636. кл. G 01 8 7/06, 1986. (54) МЕРА ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ

ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ВИХРЕТОКОВЫХ ТОЛЩИНОМЕРОВ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к метрологическому обеспечению вихретоковых и электромаг-. нитных приборов, измеряющих толщину покрытий. Цель изобретения — повышение точности меры, толщины покрытия. Мера соИзобретение относится к измерителЬной технике, а именно к метрологическому обеспечению электромагни гных приборов, измеряющих толщину покрытий, и может быть применено в различных отраслях машиностроения.

Известна мера толщины покрытий, се-. держащая массивное плоское основание и покрытие в виде тонкого металлического слоя. Основание — металлическая пластина толщиной 5-10 мм в виде диска или квадра-та со стороной 40-60 мм, Покрытие занимаBY центральную часть стороны основания с размерами 40х40 мм и выполняется в виде!

Ы,, 1710996 А1 держит металлическую основу в виде пластины с плоскопараллельными поверхностями противоположных ее сторон и немагнитное покрытие в виде металлической пленки, расположенной на верхней стороне основы. В основе в пределах нижней ее стороны профрезерован сквозной центральный прямоугольный паз. ширина и глубина которого соответственно превосходят ширину и толщину покрытия, а.стороны паза параллельны сторонам основы. Кроме того, мера дополнительно снабжена четырьмя одинаковыми стержнями, диаметр которых равен толщине основы, причем два стержня закреплены по одному на противоположных сторонах основы, содержащих паз,так, чтобы верхние образующие цилиндрических стержней были параллельны и выше рабочей сторонй основы на 4/5 — 1/5 глубины паза. а два других стержня закреплены над покрытием параллельнодвум первым. 1 з. и. ф-лы, 2 ил, круга или квадрата со стороной 10-20 мм. 8 качестве материала покрытия используют износостойкий металл, например хром.

Наиболее близкой к предложенному изобретению является мера толщины покрытия для градуировки и поверки электромагнитных и вихретоковых толщиномеров покрытий, содержащая металлическую ос-. нову в виде пластины с полостью, открытой в сторону ее нерабочей поверхности, немагнитное покрытие, расположенное на ее рабочей поверхности, и элемент крепления покрытия к основе. Конструктивно мера состоит иэ металлического плоского массив1710996 ного основания, одна из поверхностей которого является рабочей, и покрытия в виде фольги. Кроме того, мера снабжена мембраной. В основании меры со стороны ее нерабочей поверхности выполнены выемка, в которой закреплена мембрана, разделяющая выемку на рабочую и нерабочую полости, и отверстия, распределенные по периферии основания и соединяющие рабочую полость с рабочей поверхностью основания.

Точность определения толщины покрытия — фольги — не зависит от параметров основы. Это позволяет аттестовать толщину фольги с погрешностью, не превышающей

1 .

Однако рабочий. участок поверхности основания, на котором располагается фольга, должен иметь размеры, соответствующие или кругу диаметром 40 мм, или квадрату со стороной 40 мм. Данный участок должен быть идеально однороден. На нем не допускаются никакие риски, выступы или другие неровности. С другой стороны, титановая фольга, применяемая в качестве покрытий, при толщине 4 мкм имеет ширину не более 15 мм. Для того, чтобы удержать. покрытие в виде круга 915 мм или квадрата со стороной 15 мм, отверстия должны располагаться нэ расстоянии не более

10-12 мм друг от друга, что является совершенно недопустимым, так как выходной сигнал преобразователя, установленного на площадку со стороной 10 — 12 мм, в значительной степени будет изменяться от наличия этих отверстий. Для надежного прилипания фольги к поверхнрсти Ьснования шероховатость поверхности не должна превышать сотых долей микрона. В реальных условиях приходится контролировать покрытия нэ основаниях, имеющих шероховатость 0,4 — 0;8 мкм. В соответствии с этим рабочая поверхность основания также должна иметь шероховатость 0,4 — 0,8 мкм, что не позволяет с помощью мембраны надежно закрепить фольгу на поверхности. основания. Другим влияющим фактором является толщина основания, В реальных условиях должна быть обеспечена.возможность контроля покрытий на иэделиях толщиной до 1 мы; Любое ее изменение в сторону уменьшения сказывается на величине выходного сигнала преобразователя толщиномера покрытий. Неоднородность толщины основания на сотые доли миллиметра s пределах рабочего участка также увеличивает погрешность меры. Мера, соответствующая данной конструкции, не позволяет выполнять толщину основания в пределах рабочего участка строго однородной, что сказывается при малых толщинах основания (до 1 мм). Одним из основных недостатков является малая механическая прочность покрытия в виде фольги толщиной менее 10 мкм, особенно фольги толщиной менее 5 мкм. Вследствие этого она быстро выходит из строя. Ее черезвычайно трудно надежно, без зазора соединить в одно целое с рабочей поверхностью основания, что приводит к очень большой погрешности поверки толщиномеров, многократно

10 превышающей предельно допустимую.

Целью изобретения является повышение точности меры толщины покрытия.

15 Поставленная цель достигается тем. что . в мере толщины. покрытия для градуировки и поверки электромагнитных и вихретокоsblx тол щиномеров покрытий, содержащей металлическую основу в виде пластины с

20 полостью, открытой в сторону ее нерабочей поверхности, немагнитное покрытие, расположенное на ее рабочей поверхности, и элемент крепления покрытия к основе, полость выполнена в виде сквозного паза, па25 раллельного одной из осей симметрии пластины, ширина и глубина которого превосходят соответственно ширину и толщину покрытия, элементы крепления покрытия к основе выполнены в виде четырех цилиндЗО рических стержней, диаметр которых равен толщине основы, два стержня закреплены на торцовых сторонах основы выше ее рабочей поверхности нэ(4/5- 1/5) глубины паза ширина и глубина паза превосходят ширину и глубину покрытия не менее.чем в l,2 и (40400) раэ соответственно.

На фиг; 1 показана описываемая мера толщины покрытия; на фиг, 2 — то же, вид А.

В металлической основе, выполненной в виде пластины с плоскопараллельными сторонами противоположных ее поверхностей. в пределах ее нижней стороны, и рофреэеровэн сквозйой центральный прямоугольный паэ, ширина и глубина которого соответственно превосходят ширину и толщину покрытия 2, показанного на фиг. 2.

Толщина покрытия 2 на фиг. 2 не обозначена. Стороны паза параллельны сторонам основы 1. Рабочей стороной основы 1 является ее широкая сторона, противоположная стороне, содержащей паэ. Шероховатость рабочей поверхности не превышает величины и (0,4 — 0,8) мкм, неплоскостность не превышает 0,2 мкм на 40 мм длины, непараллель ность рабочей и противоположной ей стороны основы нв превышает 0,2 мкм. Для вихретоковых толщиномеров покрытий оспараллельно ей, а два других стержня уста35 новлены над поверхностью покрытия параллельно двум первым.. Кроме этого, 1710996

10

25

35 недопустимо, так как это может привести к 40

50 параллельного расположения покрытия 2. относительно рабочей поверхности основы: 55 профрезеровзн сквозной и рямоуголъный

I нова 1 выполняется из немагнитного металла, например из сплава Д16Т. Для электромагнитных толщиномеров основа 1 изготавливается из стали 20 — стали 45. Мера дополнительно снабжена четырьмя одинаковыми цилиндрическими стержнями 3, диаметр которых равен толщине основания

1. Два стержня 3 закреплены по одному на торцах противоположных сторон основы 1, содержащих паз. Данные стержни размещены одинаково на торцовых сторонах основы 1 и смещены вверх так, чтобы их верхние образующие выступали над поверхностью основы 1 на величину, равную(4/51/5)t. При этом верхние образующие стержней 3 параллельны между собой и рабочей поверхности основы 1. Два других стержня

3 закреплены над покрытием 2 параллельно двум другим стержням 3. Последние два стержня 3 предназначены для прижатия по-. крытия 2 к рабочей поверхности основы 1.

Предварительно покрытие 2 в аиде ленты натягивается тем или иным способом на стержни 3, закрепленные на противоположных торцовых сторонах основы 1. В результате этого между лентой 2 и рабочей поверхностью основы 1 образуется зазор, равный (4/5- 1/5)t, Для того, чтобы имелась возможность прижать ленту 2 к рабочей поверхности основы 1, концы ленты 2 соединены между собой пружинами. Диаметр навивки пружин не должен превышать величины (4/5 — 1/5)t. Стержни 3 вдоль их продольной оси сфрезерованы на величину не более трети их диаметра, Это позволяет уменьшить габариты меры и обеспечить надежное их закрепление на торцовых сторонах основы 1. Сфрезеровывание цилиндрических стержней 3 больше, чем на треть их диаметра, тому, что натягиваемая лента 2 будет касаться сфрезерованного края, что вследствие остроты образовавшейся кромки вызовет перегиб покрытия 2 в этом месте, его разрыву, а также образование морщин и неустранимую волнистость.

Прямоугольный паз, профрезерованный в основе 1, необходим для размещения . в нем пружин, соединяющих в одно целое покрытие 2, выполненное в виде протяженной ленты.

Параллельность сторон прямоугольно-. го паза сторонам основы 1 необходима для

1. Невыполнение этого требования приводит к тому, что образуются морщины нз покрытии 2 при прижатии его к основе 1.

Наличие цилиндрических стержней 3 необходимо для обеспечения натяжения без морщин и исключения образования волнистости покрытия 2. Диаметр стержней 3 равен толщине основы 1. Два из них закреплены на торцовых сторонах и смещены вверх относительно рабочей поверхности основы 1 на величину (4/5 — 1/5)л. Этим обеспечивается необходимый зазор между натянутым покрытием и рабочей поверхностью основы 1, а также расположение пружин в пределах прямоугольного паза выше нижней стороны основы 1, Закрепление торцовых цилиндрических стержней так, чтобы их верхние образующие были на (4/5—

1/5)л выше рабочей стороны основы 1, обеспечивает расположение ружин, натягивающих покрытие 2, в пределах прямо-. угольного паза и исключает соответственно касание пружиной верхней стороны прямоугольного паза или расположение ее на уровне нижней поверхности основы 1.

Наличие двух дополнительных .стержней 3, закрепленных над основной 1, позволяет вплотную, беэ морщин и волнистостей прижать натянутое покрытие 2 к рабочей поверхности основы 1.

Пример. Необходимо изготовить меру с толщиной диэлектрического покрытия в пределах 5 — 10 мкм для поверки вихретокового толщиномера покрытий типа ВТ.

Абсолютная величина погрешности не;должна превышать 0,5мкм+ 0,03А (А — толщина покрытия). С учетом трехкратного запаса по точности погрешность аттестации покрытия зависит от точности геометрических размеров основы 1, на которой располагается покрытие 2, однородности его толщины и точности применяемого средствз измере-. ния. Выполнение основы 1 из сплава Д16Т с помощью современных средств металлообработки позволяет обеспечить высокую точность их изготовления. Измерение reoметрических размеров основы 1 с помощью длиномера ИЗВ-6 показало, что непараллельность рабочей и противоположной ей стороны основы 1 на длине 15 — 20 мм составляла около 0,1 мкм, неплоскостность поверхности рабочей стороны основы на длине 15 — 20 мм также была около 0,1 мкм.

Для изготовления комплекта мер выбирали большее, чем требовалось, количество пластин для основ 1, и из них для меры с толщиной покрытий 10 мкм отбиралась та, на которой непараллельность и неплоскостность не превышали величины 0,1 мкм, Габаритные размеры основы 1 10 х 36 х 45 мм, Аттестуемым участком основы 1 является ее

- центральная часть с размерами 20 х 20 мм.

В основе 1 а пределах одной из ее широких сторон с размерами 36 х 45 мм был

1710996

1 продольный паз шириной 16 и глубиной 5 мм, На торцах основы 1, на которые выходит пээ, были закреплены цилиндрические стержни 3 так, чтобы. верхние образующие их были выше на 2 мм рабочей стороны основы 1, Диаметр стержней равен 10 мм.

Диэлектрическое покрытие 2 изготовлено иэ высокопрочного материала — полиэтилентерефтолатмой пленки (лавсана) в виде ленты шириной 0,01 -10 мм и толщиной 0,01 мм. Длина. ленты составляла 70 мм. К концам лэвсановой лемты приклеивалась лента из упругой резины ie. таким образом, получалось кольцо, которое натягивалось на торцовые стержни 3 так, чтобы покрытие 2 из лавсановой пленки располагалось мэд рабочей стороной основы 1. 8 результате между покрытием.2 и поверхностью рабочей стороны образовался зазор, равный 2 мм..Прижатие покрытия 2 к поверхности основы 1 . осуществлялось двумя цилиндрическими стержнями 3. закрепленными параллельно двум торцовым стержням 3.

OnðåäåëåHèå двйствительной толщины центрального участка покрытия 2 осуществлялоеь с помощью длиномера ИЗВ-6. Для этого мера толщины. покрытия располагалась на установочном столике длиномера

ИЗВ-6. Начало отсчета длиномера определялось при .установлении его чувствительного элемента на непокрытую часть рабочей поверхности основы 1. Затем чувствительный.элемент длиномера устанавливался на покрытие и определялась его толщина. Усилие. с которым прижимался чувствительный элемент даиномера к покрытию, равнялось усилию прижатия преобразователя вихретокового толщиномера йокрытий. При таком измерении покрытий учитывались не только геометрические параметры основы 1— лэвсэновой пленки в исходном состоянии, но также учитывалась возможность деформации покрытия при натяжении его упругой лентой, соединяющей его концы.

5. При проверке вихретового толщиномерэ покрытий его преобразователь устанавливается на центральный аттестованный участок покрытия 2, Сопоставляя действительную толщину покрытия 2 и показания

10 толщиномера, определяют его метрологические характеристики.

Формула изобретения

1, Мера толщины покрытия для градуировки и поверки электромагнитных и

15 вихретоковых толщиномеров покрытий. содержащая металлическую основу в виде пластины с полостью, открытой в сторону ее нерабочей поверхности, немагнитное покрытие, расположенное е ее рабочей nosep20 хности, и элементы крепления покрытия к

1 основе, о т л и ч а ю щ э я с я тем, что, с целью повышения точности, полость выполнена в виде сквозного паза, параллельного одной из осей симметрии пластины, ширина

25 и глубина которого превосходят соответственно ширину и толщину покрытия, элементы крепления покрытия к основе выполнены в виде четырех цилиндрических стержней. диаметр которых равен толщине основы, 30 два стержне закреплены нэ торцовых сторонах основы выше ее рабочей поверхности на (4/5 — 1/5) глубины паза параллельно ей, а два других стержня установлены над поверхностью покрытия параллельно двум пер35 вым.

2. Мера толщины поп. 1, отл ич э ющ а я с я тем, что ширина и глубина nasa превосходят ширину и глубину покрытия не менее чем в 1,2 и (40 — 400) раз соответст40 венно.

1710996

Составитель Д.Косовский

Редактор Л.Гратилло Техрад М;Моргентал Корректор T.Малец

Заказ 33Z . Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прй ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35. Рауаская наб.; 4/б

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