Устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов

Устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИE 0„,, ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

I (22) Заявлено 12Д880 (21) 2973153/25-28 (И) М. Кл.з с присоединением заявки Ио— (23) Приоритет—

001 В 7/16

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (ЩУДК 531.781. .2(088 ° 8) Опубликовано 15.03ВЗ- Бюллетень NP 10

Дата опубликования описания 150383

Производственное объединение "Турбомоторный им. К.Е.Ворошилова и Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова (71) Заявители

I (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ТРАВЛЕНИИ ОБРАЗЦОВ

Изобретение относится к измерительной технике, а.именно к измерению остаточных напряжений при травлении образцов.

Известно устройство для измерения .напряжений при травлении образцов, содержащее травильную ванну с установленными в ней захватами, датчиками толщины и прогиба образцов, электроннб-вычислительный блок, выл полненный в виде двух измерительных каналов, подключенных к соответствующим датчикам,.и регистратор (1J.

Недостатком этого. устройства является низкая точность измерений, так как оно определяет только одну компоненту напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов, содержащее травильную ванну с установленными в ней захватами и датчи.ками веса..образца, деформаций, толщины стравленного слоя, электронновычислительный блок,.выполненный в виде трех каналов, подключенных к соответствующему датчику, и регистратор в виде цифрового вольтметра, первый канал выполнен в виде последовательно включейных блока запаздывания, первого сумматора и подключенного параллельно. блоку запаздывания инвертора, входы которых подключены к датчику деформаций, а выходы-к второму каналу, второй канал выполнен в виде последовательно включенных датчика толщины стравщ ленного слоя, инвертора, второго сумматора и подключенного параллельно инвертору блока запаздывания, выход второго канала подключен к регистратору, третий канал выполнен в виде -последовательно включенных первого блока перемножения и первого блока пропорциональности, выход которого подключен к второму каналу (21.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений, так как оно не учитывает изме-. нения свойств поверхностного слоя в процессе травления.

Целью изобретения является повышение точности измерений, ПоставЛенная цель достигается тем, что в устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов, содержащее травильную ванну с установленными в ней

1004749 захватами и датчиками деформаций, толщины стравлеНного слоя, электронно-вычислительный блок, выполненный» в виде трех каналов, подключенных к соответствующему датчику, и регистратор в виде цифрового вольтметра, перьый канал выполнен в виде после- . довательно включенных блока запаздывания, первого сумматора и подключенного параллельно блоку запаздывания инвертора, входы которых под- 10 ключены к датчику деформаций, второй канал выполнен в виде последовательно включенных датчика толщины стравленного слоя, инвертора, второго сумматора и подключенного параллельно инвертору блока запаздывания, третий канал выполнен в виде последовательно включенных первого блока перемножения и первого блока пропорциональности, снабжено датчиком толщины образца, подключенным к входу третьего канала, последовательно включенными вторым блоком перемножения, блоком интегрирования, вторым блоком пропорциональности, третьим сумматором, выход которого подключен к регистратору, а вход второго блока перемножения подключен к входу первого канала, последовательно включенными блоком деления, третьим блоком перемножения, .третьим блоком пропорциональности, выход которого подключен к третьему сумматору, четвертым блоком пропорциональности, выход которого подклю.чен к регистратору, а вход — к входу 3S инвертора первого канала, четвертым .блоком перемножения, выход которого подключен к вторОму блоку перемножения, а вход — к входу первого блока перемножения, другой. вход которого 40 подключен к входу первого канала, вторым цифровым вольтметром и подключенными к нему последовательно транскриптором и цифропечатающей машиной. 45

На фиг. 1 схематически показано устройство, общий вид>. на фиг.2 блок-схема электронно-вычислительного блока.

Устройство для измерения остаточных напряжений при травлении образцов содержит травильную ванну 1, с установленными в ней захватами 2 и датчиками 3 — 5 деформаций, соответственно толщины стравленного слоя, толщины образца, электронно-вычислительной блок 6 в виде трех измерительных каналов 7-9, подключенных к соответствующим датчикам 3-5, и регистратор 10, первый канал ныполнен в виде последовательно включенных 60 инвертора 11, первого сумматора 12, блока 13 деления, третьего блока 14 перемножения, третьего блока 15 пропорциональности и второго сумматора

16, выход которого подключен к ре- 65 гистратору 10, последовательно включенных второго блока 17 перемножения, блока 18 интегрирования, второго блока 19 пропорциональности, выход которого подключен к второму сумматору 16, и блока 20 запаздывания, вход которого подключен к иннертору

11 первого канала, а выход — к первому сумматору 12, второй канал

8 выполнен н виде последовательно включенных инвертора 21, второго сумматора 22, и подключенного параллельно инвертору 21 второго канала 8 блока 23 запаздывания, четвертого блока 24 пропорциональности, нход которого подключен к входу инвертора 21 второго канала, а выход — к регистратору 10, третий канал выполнен в виде последовательно включенных первого блока 25 перемножения, первого блока 26 пропорциональности, выход которого подключен к второму сумматору 16, четвертого блока 27 перемножения, выход которого подключен к второму сумматору 16, а входы соединены с входом третьего канала 9, а регистратор 10 выполнен в виде двух цифровых вольтметрон

28 и 29 и подключенных к ним последовательно транскриптора 30 и цифропечатающей машины 31,а каждый из датчиков 3 — 5 подключен к электронно-вычислительному блоку 6 через выпрямитель 32 и фильтр 33.

Устройство работает следующим образом.

Образец 34 помещают в травильную ванну 1. К ванне 1 поднодят отрицательное напряжение, к образцу — положительное. В .процессе травления с образца 34 последовательно снимают слои металла и под действием остаточных напряжений образец 34 деформируется. Датчики 3 — 5 контролируют соответственно деформацию, толщину стравленного слоя и толщину образца.

Сигнал с датчиков 3 - 5 через соответствующие выпрямители 32 и фильтры

33 поступают в электронно-вычислительный блок 6, который состоит из трех каналов 7 — 9. В первом канале

7 сигнал от датчика 3 деформаций поступает одновременно на инвертор

11 и блок 20 запаздывания. После суммирования этих сигналон в первом сумматоре 12 образуе.ся сигнал: и v

Ч (t-Y) — сигнал блока запаздывания; à — время запаздывания; текущее время.

Во втором канале 8 аналогичное преобразование сигнала позволнет

1004749 записать для толщины стравленного слоя (2)() 2()« 2( где V2(t) — сигнал датчика деформаций>

Ч (й -Т) — сигнал блока запаздывания второго канала.

Остаточные напряжения обычно определяются в виде:

cl

10 tal=w((-a) Ь (а)-4(+-a_#_(@1+2 щ)д%), (ç) где K — коэФФициент, характери- !5 эующий ..образец; толщина образца; а — толщина стравленного слоя, f() — текущий прогиб обраэцар 20 текущая координата слоя;

f(a) — прогиб образца.

С учетом линейности сигналов датчиков 3-5 можно записать|

fKV (t); (g) . (Ч . г(3) . 25

DfK gV (t); йа=К2ВЧ g (t), где Н;- (с) — сигнал датчика толщиI ны образца, . K К2, К вЂ” постоянные коэффициенты, определяющиеся при тарировании датчиков 3-5.

В формуле (3) третье слагаемое представляет собой интеграл, 35 . 2К Я®dg. Поскольку предлагае= .0 мое устройство позволяет выполнять операции непосредственно только во времени, для интегрирования по ар- гументу заменяют указанный интеграл на Ы.

45 тк ю((иЯа, 0 где ta — время стравливания слоя толщиной а> 50 — приближенно соответствует в предлагаемом устройстве и

t)

Тогда формула (3) принимает внд:

6ь 1= — "„ (- Р (!1(- Р (l) (1

Ьм

-+КК К V (t)V (Ö+ КК К +4 (f) (+Ж.

-0

Обозначив

3 — -=то; 4КК К .=m; — )(К К =m

К2 13 1 12 2 65 где m, m<,m 2 — постоянные коэффициенты, получаем:

3) ° ьЧ ® (э)()У()(i m V(4)V(l)(), ач(Р(ц 1

2 чм()чр (цъ (4) Формула изобретения устройство для-.измерения остатОчных напряжений при травлении образцов, содержащее травильную ванну,с установленными в ней захватами и датчиками деформаций, толщины c грааленного слоя, электронно-вычислительный блок, выполненный в виде трех каналов, подключенных к соответствующему датчику, и регистратор. в виде цифрового вольтметра, первый канал выполнен в виде последовательно включенных блока запаздывания, первого сумматора и подклю-ченного параллельно блоку запаздывания инвертора, входы которых подключены к датчику деформаций, второй канал выполнен в виде последовательно включенных датчика толщины стравленного слоя, инвертора, второ0

Таким образом, на втором сумма- торе 16 суммируются три сигнала.

Сигнал, соответствующий третьему члену. формулы.(4), который формируется последовательно включенными вторым. блоком 17 перемножения, блоком 18 интегрирования и вторым блоком 19 пропорциональности.

Сигнал, соответствующий второму члену Формулы (4), который формируется последовательно включенными блоком 13 деления, третьим блоком

14 перемножения и третьим блоком

15 пропорциональности, а также сиг- нал, соответствующий первому числу формулы (4), который формируется первым блоком 25 перемножения и первым блоком 26 пропорциональности.

После второго сумматора 16 сигнал поступает в регистратор 10, где регистрируется цифровыми вольтметрами 28 и 29, и после транскриптора

30 печатается на цифровой печатающей машине 31.

Применение предлагаемого устроЯства позволяет повысить точность измерений остаточных напряжений за счет учета всех факторов, влияющих на величину остаточных напряжений в образцах.

Кроме того, электронно-вычислительный блок позволяет в реальном масштабе времени определять текущее значение величины остаточных напряжений.

1004749 го сумматора и подключенного параллельно инвертору блока запаздывания, третий канал выполнен в виде последовательно включенных первого блокаперемножения и первого блока пропорциональности, о т л и ч а ю щ е е- 5 с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено датчиком толщины образца, подключенным к входу третьего канала, последовательно

° включенными вторым блоком перемножения, блоком интегрирования, вторым блоком пропорциональности, третьим сумматором, выход которого подключен к регистратору, а вход второго блока перемножения подключен к входу 15 первого канала, последовательно включенными блоком деления,.третьим блоком перемножения, третьим блоком пропорциональности, выход которого подключен к третьему сумматору, четвертым блоком пропорциональности, выход которого подключен к регистратору, а вход - к входу инвертора первого канала, четвертым блоком перемножеНия, выход которого подключен к второму блоку перемножения, а вход - к входу первого блока перемножения,-другой вход которого подключен к входу первого канала, вторым цифровым вольтметром и .подключенными к нему последовательно транскриптором и цифропечатающей машиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Автррское свидетельство СССР

9 567088, кл. 6 01 В 7/16, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2948070, кл. G, 01 В 7/16, 1980 (прототип

1004749

Составитель H.óæoâ

Редактор A.Õèì÷óê Техред С.Мигунова Корректор Н ° Король

Заказ 1850/49 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4