По материалам XXXIV Уральской конференции

УДК 620.179.148

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ НЕЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО

ПОКРЫТИЯ НА НЕМАГНИТНОМ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕМ ОСНОВАНИИ

С АВТОМАТИЧЕСКИМ УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ УДЕЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ОСНОВАНИЯ

¹Санкт-Петербургский Государственный Университет,

Россия 199034 Санкт-Петербург, Университетская набережная, 7-9

²ООО «Константа», Россия 198098 Санкт-Петербург, Огородный пер., 21

E-mail: ^*pavel257@mail.ru

Поступила в редакцию 22.05.2023; после доработки 26.05.2023

Принята к публикации 26.05.2023

На результаты измерений толщины неэлектропроводящего покрытия на электропроводящем немагнитном осно-

вании с применением существующего амплитудного метода вихретокового неразрушающего контроля оказывает

сильное влияние удельная электропроводность основания. Для устранения этой проблемы предлагается использова-

ние вихретокового преобразователя с амплитудно-фазовой обработкой сигналов. Его градуировку проводить с

использованием нескольких оснований с разной удельной электропроводностью с применением установки-имитатора

толщины покрытия, количество градуировочных точек сопоставимо с разрешением толщиномера. Для вычисления

толщины покрытия с учетом удельной электропроводности основания используется алгоритм определения причаст-

ности точки многоугольнику.

Ключевые слова: вихретоковый, толщиномер покрытий, амплитудно-фазовый алгоритм, двухмерная градуировка.

DOI: 10.31857/S0130308223070060, EDN: DWTPBN

Для измерения толщины Тп неэлектропроводящего покрытия на немагнитном электропрово-

дящем металлическом основании регламентирован амплитудный вихретоковый метод неразру-

шающего контроля, описанный в [1] с указанием мешающих параметров, влияющих на погреш-

ность измерения. Практика показывает, что электромагнитные мешающие параметры, в част-

ности удельная электропроводность σ и ее девиация по поверхности основания и/или от изделия

к изделию, вносят наибольший вклад в погрешность измерений [2]. При изменении σ возникает

мультипликативное искажение результатов измерений, которое может быть компенсировано

путем проведения калибровки. Компенсация искажения показаний будет наблюдаться в неболь-

шом диапазоне Тп возле точки калибровки. Однако часто встречаются ситуации, в которых такой

возможности нет, например:

- измерение толщины покрытия на полностью окрашенном изделии, на котором нет возмож-

ности снять покрытие с какого-нибудь участка поверхности для проведения калибровки;

- значение σ имеет существенную девиацию по поверхности основания изделия, обусловлен-

ную свойствами материала или температурными градиентами.

В этих случаях необходимо обеспечивать отстройку от влияния σ при проведении измерений.

Для автоматического учета σ при проведении измерений предлагается использовать ампли-

тудно-фазовый вихретоковый преобразователь (АФВТП) [3] и алгоритм обработки двухмерной

измерительной информации.

Для градуировки АФВТП используется набор из нескольких оснований с разным значением

σ и производится построение двухмерной градуировочной характеристики, упрощенная графи-

ческая интерпретация которой приведена на рис. 1 в виде годографов на комплексной плоскости.

При проведении измерений с выхода АФВТП принимается сигнал (Re; Im), пропорциональный

вносимому напряжению. Для вычисления Тп и σ используется алгоритм определения причастно-

сти точки многоугольнику [4, с. 142—146], позволяющий определить ближайшие 4 точки, которы-

ми образован четырехугольник, которому соответствует точка полученного с АФВТП сигнала. В

случае, если градуировочная характеристика построена с шагом, соизмеримым с разрешающей

способностью толщиномера, полученные результаты могут быть приняты как результат измерения

Тп с учетом σ. Для обеспечения практической возможности такой градуировки предлагается

использовать установку-имитатор толщины покрытия (рис. 2), которая в процессе градуировки с

помощью линейной направляющей 1 и сервомотора 2, закрепленных на станине 3, перемещает

градуировочное основание 4 относительно градуируемого АФВТП 5 с заданным шагом, имитируя

тем самым необходимое количество мер Тп.

Методика измерения толщины неэлектропроводящего покрытия...

10 Re, мВ

(Re_возд; Im_возд)

-5

σ (Tп = 0,7 мм)

-10

Tп (σ = 58 МСМ/м)

σ (Tп = 0,35 мм)

-15

Tп (σ = 17 МСМ/м)

σ (Tп = 0,15 мм)

Tп (σ = 5 МСМ/м)

-20

σ (Tп = 0,05 мм)

Tп (σ = 2 МСМ/м)

σ (Tп = 0 мм)

Tп (σ = 1 МСМ/м)

Сигнал АФВТП (Re; Im)

-25

Рис. 1. Графическая интерпретация двухмерной градуиро-

Рис. 2. Установка-имитатор толщины покрытия.

вочной характеристики.

Линии градуировочной характеристики, полученные на разных образцовых основаниях, схо-

дятся в одной точке — точке «воздуха» с координатами (ReAir; ImAir). При проведении измерений

принимается сигнал, который имеет координаты (Re; Im). Задачей алгоритма вычисления значения

σ и Тп является определения причастности сигнала к соответствующему участку, ограниченному

четырьмя линиями сетки. Подробное описание алгоритма приведено в [5].

Испытания описанного алгоритма проведены с использованием конечно-элементной модели.

На первом этапе испытаний проведена градуировка модели АФВТП. Использовались значения σ,

соответствующие реальным основаниям, применяемых для градуировки АФВТП: 0,6; 0,9; 2,1; 3,8;

5,3; 9,8; 14; 17; 26; 35; 41; 51 и 59 МСм/м. Тп выбирались в окрестности испытательных значений.

На втором этапе испытаний использовалась модель основания с равномерно изменяющимся в

логарифмическом масштабе значением σ. Устанавливались следующие испытательные значения

Тп: 0, 10, 100, 1000 мкм. Результаты испытаний в виде зависимости отклонения вычисленного

значения Тп от значения σ в логарифмическом масштабе приведены на рис. 3.

∆Tп, мкм 0,5

50 σ, МСм/м

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

Тп = 1000 мкм

-1,0

Тп = 100 мкм

Тп = 10 мкм

-1,2

Тп = 0 мкм

-1,4

Рис. 3. Зависимость отклонения вычисленного значения Тп от значения σ.

Проведенные испытания алгоритма подтверждают ожидаемую составляющую часть погреш-

ности измерений, обусловленную изменением σ при использовании описываемого алгоритма.

Достигаемые значения погрешности соответствуют современным требованиям задач измерения

толщины диэлектрических покрытий.

Дефектоскопия

№ 7

2023

М.В. Сясько, И.П. Соловьев, П.В. Соломенчук

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р ИСО 2360—2021 Неэлектропроводящие покрытия на немагнитных электропроводящих

металлических основаниях. Измерение толщины покрытия. Амплитудный вихретоковый метод.

2. Сясько В.А. Измерение толщины неферромагнитных металлических покрытий на изделиях из

цветных металлов с использованием вихретокового частотного метода // Дефектоскопия. 2010. № 12.

С. 39—48. EDN NQVXWJ.

3. Syasko V. Optimization of structure and operation algorithms for electromagnetic plated coatings

thickness meters with the use of digital technologies / In proceedings of the BINDT/45th Annual British

Conference on Non-Destructive Testing 2006, Shanghai, China, 25—28 October 2008.

4. Ласло М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++. М.: БИНОМ, 1997. 304 с.

5. Syasko M., Solomenchuk P., Soloviev I., Ampilova N.A. Technique for Multi-Parameter Signal Processing

of an Eddy-Current Probe for Measuring the Thickness of Non-Conductive Coatings on Non-Magnetic

Electrically Conductive Base Metals // Appl. Sci. 2023. V. 13. P. 5144. https://doi.org/10.3390/app13085144

Дефектоскопия

№ 7

2023