Способ измерения толщины покрытия

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения толщины многоэлементного покрытия переменного состава. Облучают вспомогательные образцы из материалов с близкими атомными номерами к материалу покрытия пучками бета-излучения с энергиями E₁ и E₂ и каждый раз регистрируют интенсивности обратнорассеянного бета-излучения, пучок с граничной энергией E₁ выбирают с условием обеспечения насыщения интенсивности потока обратнорассеянного бета-излучения, интенсивность n_∞(E₂) насыщенного потока обратнорассеянного излучения с граничной энергией E₂ от материала покрытия определяют по регистрациям потоков с граничными энергиями E₁ и E₂ от вспомогательных образцов и регистрации потока n(П,E₁) от контролируемого изделия, рассчитывают нормированный сигнал по соотношению, указанному в описании, и определяют толщину покрытия по градуировочной характеристике толщиномера. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к неразрушающим способам измерения толщины покрытия на изделиях, основанным на использовании взаимодействия излучения радиоизотопных источников с веществом.

Наиболее близким к изобретению является способ раздельного излучения толщин слоев двухслойного покрытия, заключающийся в том, что контролируемое изделие поочередно облучают пучками бета-излучения с различными граничными энергиями Е₁ и Е₂ и регистрируют интенсивности n(П₁, П₂, Е₁) и n(П₁, П₂, Е₂) потоков обратнорассеянного бета-излучения с энергиями Е₁ и Е₂ поочередно облучают образец из материала основания и регистрируют интенсивности n_o(Е₁) и n_o(Е₂) потоков обратнорассеянного бета-излучения, пучками бета-излучения с энергиями Е₁ и Е₂ поочередно облучают образец из материала верхнего слоя покрытия и регистрируют интенсивности n_∞ (Е₁) и n_∞ (Е₂), рассчитывают нормированные сигналы N(П₁, П₂, E₁) = и N(П₁, П₂, E₂) = и при помощи заранее составленных сетевых градуировочных графиков, связывающих нормированные сигналы с толщинами слоев П₁ и П₂, определяют значения П₁ и П₂ по координатам точки пересечения сигналов N(П₁, П₂, Е₁) и N(П₁, П₂, Е₂).

Недостатком способа-прототипа является то, что он не обеспечивает требуемую точность измерения толщины покрытия сложного переменного состава, так как этот способ применим лишь тогда, когда имеется возможность пучками бета-излучения Е₁ и Е₂ облучать образцы материала контролируемого покрытия с толщиной больше толщины насыщения и определять интенсивности n_∞ (Е₁) и n_∞ (Е₂) потоков непосредственно путем измерения, и неосуществим, когда невозможно иметь соответствующие образцы в наличии при измерении покрытий сложного переменного состава.

Цель изобретения - повышение точности измерения толщины покрытия переменного элементного состава.

Это достигается тем, что выбирают два пучка - бета-излучения с различными граничными энергиями Е₁ и Е₂ поочередно направляют каждый пучок на контролируемое изделие и регистрируют интенсивности n(П, Е₁) и n(П, Е₂) потоков обратнорассеянного бета-излучения, пучок бета-излучения, c большей граничной энергией Е₂ направляют на образец из материала основания и регистрируют интенсивность n_o(E₂) потоков обратнорассеян- ного бета-излучения, определяют интенсивность (E₂) насыщенного потока обратнорассеянного излучения с граничной энергией Е₂от материала покрытия, рассчитывают нормированный сигнал N (П, Е₂) N(П, E₂) = , определяют контролируемую толщину П покрытия по заранее установленной градуировочной характеристике толщиномера П = = f[N(П, Е₂)] , связывающей толщину П покрытия с нормированными сигналами N(П, Е₂), при этом для определения интенсивности обратнорассеянного излучения (E₂) выбирают вспомогательные образцы из материалов с близкими атомными номерами к измеряемому покрытию, последовательно направляют на каждый из них пучки бета-излучения с энергией Е₁ и Е₂ и каждый раз регистрируют интенсивности обратнорассеянного бета-излучения, а пучок с граничной энергией Е₁ выбирают с условием обеспечения насыщения интенсивности потока обратнорассеянного бета-излучения в диапазоне контролируемых толщин, т. е. n(П, Е₁) = n_∞ (Е₁), и расчет нормированного сигнала производят по формуле N(П, E₂) = Суть способа заключается в следующем.

Выполнение необходимого условия насыщения интенсивности потока обратнорассеянного бета-излучения для пучка Е₁ в диапазоне измеряемых толщин покрытия П можно обеспечить, используя справочные данные толщины насыщения для источников бета-излучения с различными граничными энергиями.

В качестве вспомогательных образцов целесообразно выбирать материалы с достаточно близкими атомными номерами, число образцов устанавливается из требований обеспечения точности измерения. В этом случае значение интенсивности насыщения потока (E₂), необходимого для реализации предлагаемого способа, можно рассчитать по соотношению (E₂) = n(Z₁, E₂)+ × [n(Z₂, E₂)-n(Z₁, E₂)] .

В случае близких атомных номеров материала основания Zo и материала покрытия Z (| Z-Z_o| ≅ 5) в качестве одного из вспомогательных образцов можно использовать образец материала, а расчет интенсивности (E₂) насыщенного потока выполнить по соотношению: (E₂) = n_o(E₂) + × n(Z₁, E₂)-n_o(E₂) где n_o(Е₁) - интенсивность потока обратно рассеянного бета-излучения источника с энергией Е₁ от материала основания.

В общем случае для определения (E₂) необходимо использовать заранее снятые зависимости интенсивностей насыщенного потока обратно рассеянного бета-излучения от образцов с атомными номерами Z в случаях источников Е₁ и Е₂.

Если проведено два измерения с источником с энергией Е₁ с атомными номерами Z₁ и Z₂ и получены значения n(Z₁, Е₁) и n(Z₂, Е₁), и третье измерение на исследуемом покрытии и получено значение n_∞ (Е₁), то применив интерполяционный многочлен первой степени (см. М. Я. Выгодский. "Справочник по высшей математике", М. , Наука, 1973, с. 476), можно рассчитать приближенное значение атомного номера исследуемого покрытия в точке измерения: = Z₁+(Z₂-Z₁) .

Проведя затем измерения с источником с энергией Е₂ на образцах с атомными номерами Z₁ и Z₂, получив значения n(Z₂, Е₁) и n (Z₁, Е₂) и, применив интерполяционный многочлен первой степени, рассчитываем значение интенсивности (E₂) насыщенного потока: (E₂) = n(Z₁, E₂)+[n(Z₂, E₂)-n(Z₁E₂) , Подставляя полученное выше значение ZHat, получаем соотношение для расчета интенсивности насыщенного потока в случае интерполяции многочленом первой степени:
(E₂) = n(Z₁, E₂)+[n(Z₂, E₂)-n(Z₁, E₂)]
В случае необходимости уменьшения доли погрешности измерения, обусловленной приближенным вычислением значения (E₂) возможно применение интерполяционных многочленов более высокой степени, соответственно увеличивая число образцов с известными атомными номерами и соответствующих измерений с источниками с энергиями Е₁ и Е₂.

Изобретение поясняется графическим материалом, на котором представлены зависимости регистрируемых потоков обратно рассеянного бета-излучения с энергиями Е₁ и Е₂ от материалов вспомогательных образцов с атомными номерами Z. При выборе двух образцов атомных номера Z₁ и Z₂ оценка ZHat измеряемого покрытия с Z, позвляет получить оценку (E₂) обратно рассеянного излучения от материала контролируемого покрытия насыщенного слоя n_∞ (Е₂). (56) Тумулькан А. Д. О раздельном измерении толщины слоев двухслойных покрытий методом регистрации обратнорассеянного бета-измерения. Дефектоскопия, N 6, 1980, с. 101-104.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ, заключающийся в том, что направляют пучки бета-излучения с различными граничными энергиями E₁ и E₂ поочередно на контролируемое изделие и регистрируют интенсивности n (П, E₁) и n(П, E₂) потоков обратнорассеянного бета-излучения, пучок бета-излучения с большей граничной энергией E₂ направляют на образец из материала основания и регистрируют интенсивность n₀(E₂) потока, определяют интенсивность (E₂) насыщенного потока обратнорассеянного излучения с граничной энергией E₂ от материала покрытия, рассчитывают нормированный сигнал N(П, E₂) и определяют контролируемую толщину П покрытия по градуировочной характеристике толщиномера П = f[N(П, E₂)] , отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения толщины многоэлементного покрытия переменного состава, выбирают вспомогательные образцы из материалов с близкими атомными номерами к материалу покрытия, последовательно направляют на каждый из них пучки бета-излучения с энергиями E₁ и E₂ и каждый раз регистрируют интенсивности обратнорассеянного бета-излучения, пучок с граничной энергией E₁выбирают с условием обеспечения насыщения интенсивности потока обратнорассеянного бета-излучения в диапазоне контролируемых толщин, т. е. n(П, E₁) = n_∞(E₁), интенсивность (E₂) насыщенного потока обратнорассеянного излучения с граничной энергией E₂ от материала покрытия определяют по зарегистрированным интенсивностям потоков обратнорассеянного бета-излучения с граничной энергией E₁ и E₂ от вспомогательных образцов и потока n_∞ (E₁) от контролируемого изделия, а расчет нормированного сигнала производят по соотношению
N(П, E₂) = .

РИСУНКИ

Рисунок 1