Введение к работе
Актуальность. Научно-технический прогресс требует непрерывного совершенствования средств и методов контроля качества и диагностики материалов, продукции на всех стадиях промышленного производства, эксшгуата-ции и ремонта этой продукции. Одной из задач, довольно часто встречающихся в -электронной технике, машиностроении и других отраслях науки и техники является задача контроля тонких поверхностных слоев.
"Уто может быть задача контроля структурного состояния тонких (до 10-=-15мкм) поверхностных слоев, в которых наблюдается концентрация напряжений, развитие микродефектов, задача контроля отслоений защитных латунных покрытий толщиной (50-гЮОмкм) на обеих сторонах стальных листов типа ТАМПАК. контроль фольгиронанных материалов, тонких покрытий на изделиях микроэлектроники и т.д.
В настоящее время эти задачи контроля решаются недостаточно удовлетворительно, как с точки зрения надежности существующих методов и устройств, гак и с мегрологической точки зрения. Акустические мегоды являются контактными, что в некоторых случаях нежелательно, кроме того, наличие "мертвой зоны" акустических пьезопреобразователей препятствует надежному измерению малых толщин. Радиационные методы надежны и имеют хорошие метрологические характеристики, но требуют биологической защиты, кроме того они мало чувствительны к узким дефектам типа расслоений.
Предлагаемый для решения этой задачи вихретокотепловой метод и разработанные алгоритмы вполне работоспособны и показали удовлетворительные результаты.
В диссертационной работе Ю.Л.Плотникова показана принципиальная возможность и изложены общие соображения о реализации способа раздельного кот роля удельной электрической пронодимосін И [ОЛ1ЦИНЫ ЦІПКИХ (до ЮОмкм) покрытий. Однако в работе не предложены инженерные способы и программное обеспечение для реализации вышсупомятого способа раздельного контроля.
Целью данной работы являеіся разработка алгоритмов функционирования и программного обеспечения приборов для контроля параметров тонких по-крьпий па основе вихретоковмх и іишіонмх методо» и решения возникающих при этом теоретических задач.
В соответствии с этим в диссертационной работе поставлены следующие задачи :
Создать приборы и установки для структуроскопии и толщинометрии, поиска участков оіслосмия тонких электропроводящих покрытий на изоляционном основании.
Провести анализ распределения импульсных вихревых токов и расчет нестационарной тепловой волны (НТВ) тонкого электропроводящего покрытия на изоляционном (или электропроводящем) основании, исследование параметров НТВ в зависимости от электро- и теплофизических характеристик покрытия и основания и режима контроля.
Проанализировать характеристики НТВ при наличии дефектов отслоения покрытий от основания и разработать алгоритм выделения сигналов от дефектов.
Составить программное обеспечение алгоритмов раздельного контроля толщины, электропроводимости и структурного состояния тонких покрытий.
- Провести экспериментальные исследования для подтверждения и до
полнения теоретических положений.
Методы исследования . Теоретический анализ задач диссертационной работы сделан с привлечением методов решения дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности, преобразований Лапласа и Бесселя, функций Грина. Экспериментальные исследования проводились как для подтверждения теоретических выводов, так и для выяснения положений, которые трудно анализируются теоретически. Профаммное обеспечение предложенных способов контроля базируется на алгоритмических языках высокого уровня.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Впервые проанализировано распределение вихревых токов в тонкой проводящей пластине, возбуждаемых гармоническим током витка радиуса RB и покачано, чю и дишшзопс рабочих значений зазора 11ц между объектом кошрол> и преобразователем радиус максимальной плотности вихревых токов Rm*Rb что утчняет принятые ранее значения (RM«Rn »0.7511).
Впервые проведено аналитическое решение задачи возбуждения нестационарной іспловой волны (НТВ) импульсными вихревыми юками, являю щееся основой численного расчета параметров НТВ.
Предложен метод кош роля с ІСНСІІИ сцепления гонкого проводящего покрытия с изоляционным основанием и обнаружения участков отслоения по
крытия от основания.
Положения выносимые па защиіу:
- Комплексное использование нихретокового и теплового мсїодон позво
ляет реализовать способ определения степени сцепления проводящего покры
тия с изоляционным основанием и определения участков отслоения покрытия
от основания.
-Программное обеспечение алгоритма выявления участков отслоения тонкого проводящего покрытия от изоляционного основания обеспечивает работу автоматизированного прибора.
Метод и программное обеспечение контроля структурного состояния немагнитных покрытий путем оперативного определения коэффициента температуропроводности.
Программное обеспечение инженерного алгоритма раздельного контроля удельной электрической проводимосги и толщины тонких покрытий.
Радиус Rm контура максимальной плотности вихревых токов, возбуждаемых гармоническим током кругового витка радиуса Rb, в проводящем покрытии RM«RB в диапазоне зазора Hn ^ (0,1-=A6)Rb между плоскостью витка и покрытием.
Практическая значимость заключается в разработке теплового дефектоскопа покрытий ТДП-1 для ВЭИ им. Ленина, что позволило отработать технологию производства полупроводниковых резисторов (варисторов).
Для проведения учебных и научно-исследовательских работ на кафедру передана моделирующая программа для исследования на ПК основных характеристик и особенностей вихретокотеилового метода неразрушающего контроля и алгоритмов, предложенных в диссертационной работе.
На основе патента на изобретение разработана структурная схема индикатора качества сцепления тонкого покрытия с изоляционным основанием.
Достоверность результатов, изложенных в диссертации. Основные научные положения и алгоритмы полученные в работе, подтверждены результатами экспериментальных исследований, проведенных в лаборатории кафедры, и результатами моделирования. Результаты внедрения прибора ТДП-1 и моделирующей программы подтверждены актами, приложенными к диссертации.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на следующих конференциях:
- VI межвузовская конференция стран СНГ "Современные методы и сред-
(>
сіна электромагнитного контроля и их применения н промышленности (Могилев, республика Ьеларусь, 1995).
- XIV Российской научно-технической конкуренции " Псразру тающий контроль и диагностика " (Москва, 1996).
Публикации.Основные положения лиссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах, получен патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников и приложения. Основная часть диссертации составляет 172 страниц машинописного текста, из которых 79 рисунков, 6 таблиц. Список литературы содержит 113 наименования использованных источников. Приложение содержит 17 страниц приложения.
