Электронно-оптический муар в оценке качества магнитных изделий

УДК 537.533.3

ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ МУАР В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА МАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

© В.М. Иванов, А.Н. Уваров, Е.А. Печагин

Ivanov V.M.. Uvarov A.N.. Pcchagin Y.A. Elcctron-optical moire in estimation of quality of magnetic products. The meas-uring-calculating system of magnetic products quality control with the help of electron-optical moire is suggested, in which the symmetry of moire pattern is one of the criterion.

При серийном выпуске магнитных головок возникает необходимость проведения оценки создаваемого изделием магнитного поля, зависящего от дефектов и неточностей при изготовлении. В работе [ 1 ] была показана возможность использования электроннооптической методики наблюдения полей рассеяния блока магнитных головок.

Эксплуатационные свойства магнитной головки во многом зависят от напряженности магнитного поля в зазоре, которое в частности влияет на различные фазы процессов магнитной записи и воспроизведения. При контроле работоспособности магнитных головок на производстве проверяется ряд косвенных параметров, таких как: сопротивление и индуктивность обмоток в сборке, ЭДС воспроизведения при соответствующем токе записи, разрешающая способность, внешний вид изделия и состояния поверхности рабочего зазора. Наиболее трудноучитываемым критерием качества изделия является визуальный осмотр внешнего вида рабочего зазора, который не должен иметь затягиваний и просматриваться по всей длине, обладать резкой ограниченностью и резкостью краев, плотным прилеганием к немагнитной прокладке по всей длине. Перечисленные факторы напрямую взаимосвязаны с создаваемым головками магнитным полем и его искажением.

Измерительно-вычислительная система (ИВС) контроля качества магнитных головок позволяет реализовать процесс передачи муаровых картин полей рассеяния на дисплей персонального компьютера (ПК) с последующей обработкой полученной графической информации программными средствами. Структура ИВС контроля качества магнитных систем (рис. 1) включает электронограф (Э), цифровую фотокамеру (ЦФК) и персональный компьютер (Г1К).

Объект, создающий магнитное поле, находится в колонне электронографа, представляющего собой электронно-оптическую систему (ЭОС). Электронно-оптический преобразователь (ЭОП), являющийся экраном электронографа, формирует видимое муаровое изображение. По управляющему сигналу оператора осуществляется захват каждого изображения муаровых картин оптико-электронным видеопреобразователем (ОЭВП), функции которого выполняет цифровая фотокамера. Далее происходит перевод каждой картинки в формат BMP.

Управляющие коды и передача графической информации осуществляется посредством шины USB -Universal Serial Bus. Контроль за изображением ведется с входа видеосигнала видеокарты. Таким образом формируется пакет файлов графического изображения.

Рис. 1. Структурная схема измерительно-вычислительной системы: ЭП - электронная пушка; ОК - объект контроля (магнитная головка); ЭЭ - экран электронографа; ОЭИ - оптико-электронный преобразователь; ЛЦГІ - аналого-цифровой преобразователь; ІІГ1 - преобразователь протокола; ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь; ЦП - центральный процессор; Д - дисплей; ПУ - периферийные устройства; ВК - відеоконтролер; Г1 - программируемый порт; ЗУ - запоминающее устройство

Контроль качества магнитных головок глетодом электронно оптического муара

Обработать

Выход

Файл: C:\Myapbi\8G.BMP Соотношение черных пикселей к общему количества пикселей объекта Коэффициенты симметрии: - средние части изображения

- крайние части изображения

87.00 * 97.60 У. 96.50 %

Вывод : Магнитная головка годная

а)

Контроль качества магнитных головок методом электронно оптического муара

Загрузить

Обработать

Выход

Файл: СЛМуары\8В.ВМР

Соотношение черных пикселей к общему количеству пикселей объекта Коэффициенты симметрии: • средние части изображения

• крайние части изображения

76.50 *

58.80 X

82.80 X

Вывод : Магнитная головка бракованная

б)

Рис. 2. Электронно-оптические муаровые картины магнитного поля рассеяния головки при {/= 5 В,/= 60 Гц • а) годная- б) бракованная х500 ' 1

Коїггроль качества магнитных головок методом электронно-оптического муара

Результаты обработки-----—---------------------------------------------------------

Файл: СЛНоеая папка\7_1.Ьтр

Соотношение черных пикселей к общему количеству пикселей объекта 92.70 X

Коэффициенты симметрии: • средние части изображения 80.20 X

• крайние части изображения 89.00 %

Вывод : Магнитная головка годная

Рис. 3. Деление муарового изображения на четыре ранных части

Обработка каждого файла из полученного пакета осуществляется разработанной программой. В результате на экране ПК появляется окно с муаровым изображением и данными, полученными в ходе обработки графического массива по существующей программе (рис. 2) с последующим вынесением экспертного суждения о качестве изделия.

Процедура обработки графического изображения с целью выявления брака сводится к определению симметричности и силовой характеристики поля по муаровой картине. Для этой цели муаровые изображения разделяются на четыре равные части (рис. 3). Далее осуществляется вычисление коэффициентов симметрии средних (2, 3) и крайних (1,4) частей.

Выражения для вычисления коэффициентов симметрии получены следующим образом. Числитель соотношения (1) представляет собой разность площадей сравниваемых частей. При этом из каждой области вычитается теневая проекция сетки в отсутствии поля:

К, =

•100. (О

где Р2, Ру - количество черных пикселей во 2 и 3 частях муарового изображения; Р0 - количество черных пикселей в 1/4 части общей картины в отсутствии муаровых смещений. После преобразований выражения (1) получаем формулу (2) для вычисления коэффициента симметрии средних частей муарового изображения:

К,=

1-

тах

Р2 + Р}-2 Го

•100.

Для крайних частей муарового изображения вычисление коэффициента симметрии выполняется аналогичным образом:

1-

тах(/|, Р4)-тіп(^, Рл) Р,+Рл-2Рп

•100,

где Р\, Р4 - количество черных пикселей в 1 и 4 частях муарового изображения.

Силовая характеристика поля учитывается подсчетом общего количества темных пикселей рассматриваемого изображения. С помощью ИВС были исследованы годные и бракованные блоки магнитных головок. По полученным данным построены полигон и гистограмма частот распределения отдельно для годных и бракованных изделий (рис. 4, 5), анализ которых показал возможность использования предложенных критериев при разбраковке готовых изделий [2].

Следует отметить, что муаровые картины были получены при переменном напряжении, поэтому весьма важным является вопрос исследования влияния электрической составляющей поля при обработке экспериментальных результатов по магнитным полям. С этой целью исследовалось поле плоского конденсатора, визуализация которого представлена в виде электронно-оптических муаровых картин [3].

Рнс. 4. Распределение плотности вероятностей плошали темных областей муарового изображения: а) годных, б) бракованных изделий

9ЕУ , Г 8Н:

—— = гоІ.Е = -ип-----------

дх * 0 д!

дЕ дН.

~аГ = ~Цо~эГ'

Так как на обмотку подается переменное напряжение, составляющую поля Н. в области рабочего зазора можно представить с амплитудой, меняющейся по гармоническому закону [4]:

Н. =-

Н0 БІГКО/

агс1§-

г + 2 Из

х

— агс^-

:-2Из

х

•

Проинтегрировав обе части выражения (4) по (1хс учетом зависимости (5), получим выражение для составляющей напряженности электрического поля Еу :

Рис. 5. Распределение плотности вероятностей коэффициента симметрии средних частей муарового изображения: а) годных, б) бракованных изделий

Для нахождения распределения электрической составляющей электромагнитного поля рассеяния исследуемой магнитной головки воспользуемся одним из уравнений Максвелла:

_ дн

го1Е=-\10—.

Из-за отсутствия составляющей напряженности

(дЕх

магнитного поля по оси у

\ ду

_ ц0(оЯ0соею/ / г+2/і.у г-2/«У

Еу = —-------------1| агОД----------агс1§-------\ах.

я

Л‘

х )

— 0 имеем:

При напряженности магнитного поля на поверхности рабочего зазора головки (координаты г = 0 и

Л'= 1 • 10~4 м )//()= 100000 А/м, получим значение максимальной составляющей электрического поля 3-10 4 В/м, которое очень слабо влияет на общую картину муарового изображения магнитного поля головки.

Использование ИВС позволило предложить инженерную методику определения бракованных изделий по силовой характеристике поля. Площади темных частей муарового изображения служат дифференциальной мерой оценки брака, а коэффициенты симметрии муарового изображения - интегральной ее оценкой, которые в совокупности указывают на годность магнитных систем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Электронно-оптический метод анализа работоспособности магнитных систем / В.М. Иванов, В.П. Иванов. В.Ф. Калинин. Е.Д. Печати // Вестн. ТГУ. Сер. Кстеств. и техннч. науки. 2000. Т. 5. Вып. 2-3. С. 330-333.

2. Селиванов М.И. Качество измерений: Метрологическая справочная книга / М.Н. Селиванов. А.Э. Фридман. Ж.Ф. Кудряшова. Л.: Лениздат, 1987. 285 с.

3. Изменения стационарного электрического поля метолом элек-тронно-оптического муара / В.П. Иванов. В.М. Иванов, Е.А. Печати, Ю.В. Серкутан, Л.В. Тимошин // Вести. ТГТУ. 1999. Т. 2. Вып. 2. С. 271-276.

4. Гипииц М.И. Магнитная запись сигналов / М.В. Гиглии. М.: Радио и связь. 1990. 232 с.