Устройство управления дефектоскопом неразрушающего контроля печатных плат

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для управления дефектоскопом неразрушающего контроля целостности изоляции диэлектрических пленок и печатных плат.
Из патента [SU №1709253, опубл. 30.01.1992] известно устройство управления электроискровым дефектоскопом, состоящее из источника электрического напряжения, детектора и индикатора электрических пробоев, подающего сигнал в звуковом или световом виде, при этом электроискровой дефектоскоп состоит из вакуумной камеры с регулируемым внутри нее давлением, вмещающей объект контроля и щуп с частью узла его перемещения по покрытию, и имеющей узлы для электрического присоединения щупа.
Достоинством устройства является возможность эффективного выявления места нарушения целостности в диэлектрических покрытиях металлических изделий с низкими значениями электрической прочности, а также низкая вероятность электрического пробоя диэлектрического покрытия в местах локального уменьшения его толщины.
Недостатком устройства является невозможность определения таких типов дефектов в диэлектрических покрытиях металлических изделий, как расслоение, воздушное включение.
Известно устройство управления электроискровым дефектоскопом «КРОНА-12» [Руководство по эксплуатации: дефектоскоп электроискровой «КРОНА-12» ИА2.778.043РЭ, ЗАО НИИ Интроскопии МНПО «Спектр», http:/nio12.ru/RE/krona12.pdf], которое состоит из блока индикации, блока управления выходным напряжением, батареи аккумуляторной, блока звуковой и световой сигнализации, блока преобразования постоянного напряжения в высокое импульсное с регулятором напряжения, трансформатора высоковольтного, делителя напряжения, при этом электроискровой дефектоскоп представляет собой щупы для локального и сплошного контроля.
Достоинством устройства является возможность выявления локальных сквозных дефектов изоляционных покрытий с сухой поверхностью, а также наличие блока звуковой и световой индикации.
Недостатками аналога является высокая вероятность пробоя диэлектрического покрытия при обнаружении дефекта, что приводит к его еще большему повреждению, невозможность определения латентных дефектов, а также повреждение тонких диэлектрических пленок при работе дефектоскопа.
Общими существенными признаками с заявляемым техническим решением является наличие высоковольтного трансформатора и блока управления выходным напряжением.
Известно устройство управления электроискровым дефектоскопом [Лусс А.А. - Обнаружение латентных дефектов в тонкопленочных покрытиях с помощью короны. - Дисс. на соискание степени магистра наук. - Томск, 2017 г. - 97 с. http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/39139/1/TPU376770.pdf], принятое за прототип, содержащее блок создания короны в заданном диапазоне напряжений, состоящий из регулировочного трансформатора, повышающего трансформатора и однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром, а также ограничительный резистор, делитель напряжения, киловольтметр, микроамперметр, при этом электроискровой дефектоскоп состоит из вакуумной камеры с электродом в виде острия.
Достоинством прототипа является возможность эффективного выявления места нарушения сплошности в диэлектрических покрытиях металлических изделий с низкими значениями электрической прочности, а также отсутствие физического контакта между электродом и испытуемым образцом, что исключает механические повреждения образца.
Недостатком прототипа является проблема резкого перерастания коронного разряда в завершенный искровой пробой.
Общими существенными признаками с заявляемым техническим решением является наличие в устройстве управления электроискровым дефектоскопом блока создания короны в заданном диапазоне напряжений, состоящего из регулировочного трансформатора, повышающего трансформатора и однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром, а также ограничительного резистора, делителя напряжения, киловольтметра, микроамперметра.
Задачей полезной модели является создание устройства управления дефектоскопом с возможностью поддержания контролируемого коронного разряда для проведения неразрушающего контроля диэлектрических пленок и печатных плат с эффективным определением сквозных и латентных дефектов.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для управления электроискровыми дефектоскопами.
Заявляемый технический результат достигается тем, что устройство управления дефектоскопом неразрушающего контроля печатных плат содержит блок создания короны в заданном диапазоне напряжений, состоящий из регулировочного трансформатора, повышающего трансформатора и однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром, а также ограничительный резистор, микроамперметр, делитель напряжения, киловольтметр, при этом устройство дополнительно содержит пропорционально-интегрально-дифференцируемый (ПИД) регулятор тока, включенный между выходом блока создания короны и ограничительным резистором, автоматизированную систему управления, выполненную в виде микроконтроллера, к входам которого через нормирующие преобразователи подключены датчик тока, протекающего через воздушный промежуток между острием дефектоскопа и испытуемым образцом на металлической подложке, и делитель напряжения, а выход к ПИД-регулятору тока, а также программное обеспечение контроллера, выполненное с возможностью определения сквозных и латентных дефектов и управления ПИД-регулятором тока.
За счет введения пропорционально-интегрально-дифференцируемого (ПИД) регулятора тока в устройство управления дефектоскопом решена проблема резкого перерастания коронного разряда в завершенный искровой пробой при определении сквозных и латентных дефектов. Автоматизированная система управления (АСУ), выполненная на базе микроконтроллера с программным обеспечением, получая данные с киловольтметра и микроамперметра, следит за ростом тока и ограничивает его рост выше критического ПИД-регулятором, не позволяя коронному разряду перерасти в пробой диэлектрика. В зависимости от режима испытаний, характера роста тока, АСУ фиксирует наличие и тип дефекта в изоляционном покрытии.
На фиг. 1 показано строение устройства управления дефектоскопом.
На фиг. 2 приведена конструктивная схема электроискрового дефектоскопа с вакуумной камерой и размещенным внутри объектом контроля и подключенным устройством управления дефектоскопом.
Устройство управления дефектоскопом состоит из блока создания короны 1 в диапазоне напряжений 0-30 кВ (Фиг. 1), состоящего из регулировочного трансформатора (ЛАТР), повышающего трансформатора (ТР), однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром (В), к блоку создания короны последовательно присоединены пропорционально-интегрально-дифференцируемый (ПИД) регулятор тока 2 и ограничительный резистор 3. К автоматизированной системе управления (АСУ), выполненной в виде микроконтроллера 4 подключены выходы с датчика тока 5 и делителя напряжения 6 через нормирующие преобразователи 7. Для контроля процесса и результатов испытаний на корпусе предусмотрены микроамперметр 8 и киловольтметр (на фиг. не показан), подключенный к клеммам 9. Устройство управления дефектоскопом подключается к вакуумной камере 10, в которой для неразрушающего контроля размещается испытуемый образец 11 на металлической подложке 12, а над образцом через воздушный промежуток 13 установлено с возможностью перемещения вдоль своей оси острие электрода 14.
Устройство управления дефектоскопом работает следующим образом. Блоком создания короны 1 плавно поднимающееся напряжение от 0 до 30 кВ прикладывается к воздушному промежутку 13 между острием 14 и испытуемым образцом 11 на металлической подложке 12. Через воздушный промежуток начинает протекать емкостный ток, который возрастает при зажигании коронного разряда. Автоматизированная система управления (АСУ), выполненная в виде микроконтроллера 4 с программным обеспечением, получая данные с датчика тока 5 и делителя напряжения 6, регистрируя силу тока и напряжение в цепи следит за ростом силы тока и ограничивает его рост выше критического ПИД-регулятором 2, не позволяя коронному разряду перерасти в пробой диэлектрического покрытия испытуемого образца 11. Критический ток коронного разряда зависит от приложенного напряжения и величины воздушного промежутка 13. В зависимости от режима испытаний, характера роста тока, АСУ фиксирует наличие дефекта в изоляционном покрытии и определяет его тип.
Пример практического исполнения.
Регистрация тока короны осуществлялась с помощью электромагнитного микроамперметра типа М4204 (класс точности 1,5). Для ограничения тока короткого замыкания, которое возможно в процессе экспериментов, в установке использовался ограничительный резистор типа КЭВ-5 сопротивлением 2.4 кОм. Автоматизированная система управления была выполнена на базе контроллера Siemens Simatic S7-400. Для контроля тока и напряжения системой АСУ использовались схема измерения тока на базе датчика тока ZXCT1010E5 и делитель напряжения на базе резистора КЭВ-20 1,5 Мом, подключенные к контроллеру через нормирующие преобразователи, марка используемого ПИД-регулятора ТРМ10. Прямое измерение напряжения между коронирующим электродом и заземленной металлической подложкой осуществлялось посредством киловольтметра типа С196 (рабочие характеристики: 0-30 кВ, 20 Гц-10 МГц (с расширением до 14 МГц)). Использовали вакуумную камеру на 50 л, с внутренним давлением 1,5 торр. В ходе эксперимента было определено наличие следующих дефектов в испытуемых образцах: расслоение основы печатной платы, воздушное включение в лаковом покрытии печатной платы, все типы дефектов в конденсаторных пленках. При этом не было зарегистрировано пробоев испытуемых образцов.
Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет проводить испытания диэлектрических покрытий и печатных плат на наличие сквозных и латентных дефектов без пробоя диэлектрика и существенно расширяет арсенал технических средств, предназначенных для управления электроискровыми дефектоскопами.