RU2674518C1 - Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла - Google Patents
Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674518C1 RU2674518C1 RU2018108662A RU2018108662A RU2674518C1 RU 2674518 C1 RU2674518 C1 RU 2674518C1 RU 2018108662 A RU2018108662 A RU 2018108662A RU 2018108662 A RU2018108662 A RU 2018108662A RU 2674518 C1 RU2674518 C1 RU 2674518C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring probe
- vibrating
- video camera
- opening
- optical
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 4
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/64—Manufacture or treatment of solid state devices other than semiconductor devices, or of parts thereof, not peculiar to a single device provided for in groups H01L31/00 - H10K99/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля технологического процесса поверхностной отделочно-упрочняющей обработки, а также при проведении научных исследований и лабораторных работ в учебном процессе. Заявленное комплексное устройство исследования состояния поверхности металла содержит заземленный металлический стол для размещения измеряемой пластины, вибрирующий измерительный зонд, узел электромеханической связи измерительного зонда с электронным блоком выделения измеряемой величины контактной разности потенциала. При этом вибрирующий измерительный зонд выполнен в виде диска с отверстием в центре, а в устройство введена оптическая система и видеокамера, расположенные напротив отверстия в измерительном зонде. Оптическая система содержит расположенную на оптической оси, совпадающей с центром отверстия в вибрирующем электроде и объективом видеокамеры, добавочную линзу, а напротив упомянутого отверстия находится светоделительный блок с осветителем, расположенные между добавочной линзой и видеокамерой, соединенной с блоком представления визуальной информации. Значение КРП определяется с помощью электронного блока выделения измеряемой величины одновременно с оптическим наблюдением поверхности. Технический результат - повышение информативности исследования поверхности материала и снижение времени исследования. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля технологического процесса поверхностной отделочно-упрочняющей обработки, а также при проведении научных исследований и лабораторных работ в учебном процессе.
Известна связь работы выхода электрона (определяемой при измерении контактной разности потенциала поверхности) с механическими свойствами поверхности, проявляемыми, например, в процессах трения и износа (см. Пантелеев К.В., Свистун А.И., Жарин А.Л. Методы измерений работы выхода электрона для контроля состояния поверхностей в процессе трения // Приборы и методы измерений, №2(9), 2014, С. 107-112). После установления этой связи для исследуемого материала обычно требуется выяснить причины, приводящие к изменению контактной разности потенциала (КРП). Для этого проводятся металлографические исследования с помощью других приборов, например, микроскопа.
Однако, при металлографических исследованиях затруднительно точно попасть в область измерения КРП. Кроме того, с образцом исследуемого материала требуется провести определенные манипуляции, которые могут сопровождаться изменением КРП, например, в результате окисления. Указанные моменты снижают информативность установления корреляции КРП и металлографической структуры поверхности материала, а также определяют продолжительность требуемого времени исследования.
Известно устройство реализующее измерение работы выхода электрона методом Кельвина-Зисмана (метод вибрирующего электрода) (см. Илюкович А.М. Техника электрометрии. М.:»Энергия» 1976. с.400, стр. 336-339), в основе которого лежит динамический конденсатор, обкладки которого выполнены из различных металлов. Один электрод (неподвижный) – представляет собой исследуемый материал, а другой (вибрирующий) – является эталонным металлом, работа выхода электронов из которого известна. Вне зазора металлы гальванически соединены. Суть метода состоит в том, что в зазоре между указанными металлами, образующими плоский конденсатор, возникает электрическое поле, определяемое различием поверхностных потенциалов электродов. Периодическое изменение зазора конденсатора приводит к тому, что напряженность поля в зазоре также изменяется. Это приводит к появлению переменного тока во внешнем проводнике, соединяющем электроды. Частота переменного тока равна частоте колебания вибрирующего электрода. Включив в разрыв цепи конденсатора источник напряжения и, регулируя его, добиваются исчезновения тока при перемещении одного из электродов. Искомую величину контактной разности потенциалов определяют, измеряя напряжение на источнике при нулевом токе конденсатора.
Известна конструкция вибрационного привода с электростатическим возбуждением динамического конденсатора (см. Weissman E., Petersen C., Tarina D. – « J. Physics. Ser. E.»,1968,v.1,p. 426-428). Подвижная обкладка, выполненная виде пластинки слюды, позолоченной с обоих сторон), расположена между двумя неподвижными обкладками. Одна из неподвижных пластин образует с подвижной слюдяной пластинкой исследуемый воздушный зазор. Между второй неподвижной пластины и подвижной слюдяной пластинкой приложено переменное напряжение с собственной частотой свободных колебаний подвижного электрода. Эта конструкция обладает рядом существенных недостатков. Так как колебание эталонного электрода возникает вследствие электростатического взаимодействия, то для этого требуется достаточно большое напряжение. Кроме того, частота возбуждающего напряжения равна частоте полезного сигнала. Это усложняет конструкцию выделения полезного сигнала. Достаточно сложно и дорого изготовить описанную выше слюдяную пластинку и ее крепление. Кроме того, визуальное наблюдение состояния поверхности в области измерения КРП невозможно.
Другим примером устройства динамического конденсатора может служить устройство, основанное на использовании пьезоэлектрического эффекта (см. Пантелеев К.В. Методы и средства измерения контактной разности потенциалов на основе анализа компенсационной зависимости зонда Кельвина. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Минск, 2016. С. 11 рис. 4). В данном устройстве вибрационный привод эталонного электрода выполнен на биморфной пьезоэлектрической пластине. Недостатком этого привода является высокая цена и сложность изготовления биморфной пьезоэлектрической пластины, а также и необходимость достаточно мощного источника возбуждающего напряжения. Кроме того, пьезоэлемент является хрупким элементом, что снижает надежность общей конструкции. В данном устройстве также невозможно визуальное наблюдение состояния поверхности в области измерения КРП.
Наиболее близким аналогом, является (см. SU 1494732 A1, МКИ G01R29/12, опубл. 07.01.1991) устройство для измерения контактной разности потенциалов содержащее электромагнитный вибратор с катушкой индуктивности и подвижным элементом (мембраной) на котором жестко укреплен измерительный зонд, расположенный над поверхностью исследуемого материала. Гармонические колебания зонда возбуждаются в катушке индуктивности посредством сигнала управления, вырабатываемого формирователем. Динамический конденсатор образуется измерительным зондом и измеряемой пластиной. Значение измеряемой величины КРП (контактной разности потенциалов) получается с помощью электронного блока выделения измеряемой величины.
Недостатками данного устройства является отсутствие возможности одновременно с величиной КРП осуществлять оптическое наблюдение состояния поверхности исследуемого материала в области измерения КРП.
Задача предлагаемого изобретения - обеспечение возможности одновременного измерения контактной разности потенциалов (КРП) и оптического наблюдения состояния поверхности.
Сущность изобретения заключается в том, что комплексное устройство исследования состояния поверхности металла, содержащее заземленный металлический стол для размещения измеряемой пластины, вибрирующий измерительный зонд, узел электромеханической связи измерительного зонда с электронным блоком выделения измеряемой величины контактной разности потенциала при этом вибрирующий измерительный зонд выполнен в виде диска с отверстием в центре, а в устройство введена оптическая система и видеокамера, расположенные напротив отверстия в измерительном зонде, оптическая система содержит, расположенные на оптической оси, совпадающей с центром отверстия в вибрирующем электроде и объективом видеокамеры, добавочную линзу, а напротив упомянутого отверстия находится светоделительный блок с осветителем, расположенные между добавочной линзой и видеокамерой, соединенной с блоком представления визуальной информации, а значение контактной разности потенциалов определяется с помощью электронного блока выделения измеряемой величины одновременно с оптическим наблюдением поверхности.
Техническим результатом комплексного устройства явилось повышение информативности исследования поверхности материала и снижение времени исследования за счет того, что в комплексном устройстве исследования состояния поверхности металла содержащее заземленный металлический стол для размещения измеряемой пластины, вибрирующий измерительный зонд, узел электромеханической связи измерительного зонда с электронным блоком выделения измеряемой величины контактной разности потенциала, вибрирующий измерительный зонд выполнен виде диска с отверстием в центре, а в устройство введена оптическая система и видеокамера, расположенные напротив отверстия в измерительном зонде, оптическая система содержит, расположенные на оптической оси системы, добавочную линзу, а между упомянутой линзой и видеокамерой соединенной с блоком представления визуальной информации, а значение КРП определяется с помощью электронного блока выделения измеряемой величины одновременно с оптическим наблюдением поверхности.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлено комплексное устройство исследования состояния поверхности металла.
Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла содержит заземленный металлический стол 1 для размещения измеряемой пластины 2, вибрирующий измерительный зонд 3, узел электромеханической связи 4 вибрирующего измерительного зонда 3 с электронным блоком 5 выделения измеряемой величины контактной разности потенциала, вибрирующий измерительный зонд 3 выполнен виде диска с отверстием 6 в центре, а в устройство введена оптическая система 7 содержит, расположенные на оптической оси 8 системы видеокамеру 9, добавочную линзу 10, светоделительный блок 11 расположенные напротив отверстия 6. Освещение поверхности металла осуществляется источником света 12, а упомянутая видеокамера 9 соединена с блоком представления визуальной информации 13. Значение контактной разности потенциала определяется с помощью электронного блока выделения измеряемой величины 5 одновременно с оптическим наблюдением поверхности.
Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла работает следующим образом: на заземленный металлический стол 1 помещается измеряемая пластина 2 контролируемой поверхностью вниз, вибрирующий измерительный зонд 3 с узлом электромеханической связи 4 подводятся к контролируемой поверхности на необходимое расстояние (обычно это 0,2 – 0.3 мм). Наличие контактной разности потенциалов между материалом зонда 3 и измеряемой пластины 2 приводит к возникновению переменного электрического поля, которое компенсируется средствами электронного блока 5, выдающего информацию о значение величины контактной разности потенциалов. Одновременно, через отверстие 6 в вибрирующем измерительном зонде 3 оптическая система 7, состоящая из расположенных на одной оптической оси 8 видеокамеры 9, добавочной линзы 10 и светоделительного блока 11 формирует оптическое изображение поверхности измеряемой пластины через отверстие 8. Освещение поверхности осуществляется источником света 12 через светоделительный блок 11, представляющий собой прозрачный куб с полупрозрачной внутренней поверхностью, который расщепляет световой поток на две части, одна из которых падает нормально на поверхности изучаемой пластины, освещая ее. Отраженный от поверхности световой поток проходит через полупрозрачную внутреннюю поверхность и попадает на видеокамеру 9. Добавочная линза 10 обеспечивает необходимое увеличение и представления резкого изображения поверхности блоком представления визуальной информации 13.
В соответствии с законами электростатики наличие небольшого отверстия в центре вибрирующего измерительного зонда 3 не влияет на величину измеряемой контактной разности потенциалов.
Предлагаемая конструкция комплексного устройства обеспечивает повышение информативности исследования поверхности материала и снижение времени исследования.
При измерении контактной разности потенциалов методом Кельвина вибрирующий измерительный электрод расположен в непосредственной близи к поверхности измеряемой пластины, поэтому отверстие в измерительном электроде играет роль ширмы и процессы дифракции света на нем пренебрежимо малы. Отверстие диаметром 2 мм вполне достаточно для наблюдения поверхности измеряемой пластины с увеличением не менее 30÷60. Надежное измерение КРП возможно при общем диаметре вибрирующего электрода 4÷5 мм. Таким образом в предлагаемом комплексном устройстве вибрирующий электрод будет представлять собой шайбу с наружным диаметром 4÷5 мм и отверстием диаметром 2 мм.
В силу очевидности возможности реализации, расчет оптической системы здесь не приводится.
Claims (1)
- Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла, содержащее заземленный металлический стол для размещения измеряемой пластины, вибрирующий измерительный зонд, узел электромеханической связи измерительного зонда с электронным блоком выделения измеряемой величины контактной разности потенциала, отличающееся тем, что вибрирующий измерительный зонд выполнен в виде диска с отверстием в центре, а в устройство введена оптическая система и видеокамера, расположенные напротив отверстия в измерительном зонде, оптическая система содержит расположенные на оптической оси, совпадающей с центром отверстия в вибрирующем электроде и объективом видеокамеры, добавочную линзу, а напротив упомянутого отверстия находится светоделительный блок с осветителем, расположенные между добавочной линзой и видеокамерой, соединенной с блоком представления визуальной информации, а значение контактной разности потенциалов определяется с помощью электронного блока выделения измеряемой величины одновременно с оптическим наблюдением поверхности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018108662A RU2674518C1 (ru) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018108662A RU2674518C1 (ru) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674518C1 true RU2674518C1 (ru) | 2018-12-11 |
Family
ID=64753351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018108662A RU2674518C1 (ru) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674518C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1494732A1 (ru) * | 1987-06-22 | 1991-01-07 | Предприятие П/Я Р-6707 | Устройство дл измерени контактной разности потенциалов |
| JPH08153762A (ja) * | 1994-11-28 | 1996-06-11 | Nec Corp | ２層膜接触電位差測定装置及び２層膜接触電位差の測定 方法 |
| US5767516A (en) * | 1995-05-24 | 1998-06-16 | Hitachi, Ltd. | Electron microscope and sample observing method using the same |
| EA026858B1 (ru) * | 2014-12-15 | 2017-05-31 | Белорусский Национальный Технический Университет | Способ измерения контактной разности потенциалов |
-
2018
- 2018-03-13 RU RU2018108662A patent/RU2674518C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1494732A1 (ru) * | 1987-06-22 | 1991-01-07 | Предприятие П/Я Р-6707 | Устройство дл измерени контактной разности потенциалов |
| JPH08153762A (ja) * | 1994-11-28 | 1996-06-11 | Nec Corp | ２層膜接触電位差測定装置及び２層膜接触電位差の測定 方法 |
| US5767516A (en) * | 1995-05-24 | 1998-06-16 | Hitachi, Ltd. | Electron microscope and sample observing method using the same |
| EA026858B1 (ru) * | 2014-12-15 | 2017-05-31 | Белорусский Национальный Технический Университет | Способ измерения контактной разности потенциалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69817239T2 (de) | Optisches Nahfeld-Rastermikroskop | |
| AU684706B2 (en) | A device for determining the size and charge of colloidal particles | |
| AU2021102459A4 (en) | Observable micro-nano mechanical testing apparatus and method | |
| Chen et al. | Chemical imaging and microspectroscopy with spectral focusing coherent anti-Stokes Raman scattering | |
| SE434089B (sv) | Forfarande och anordnig for indikering och serskiljning av drag- och tryckpakenningar i en forutbestemd del av ett foremal | |
| JP6657495B2 (ja) | 疲労試験装置 | |
| US20150338248A1 (en) | An optical fiber-based force transducer for microscale samples | |
| JP2015032463A (ja) | 質量分析装置、質量分析方法および画像化システム | |
| JPH1048224A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| Gerbig et al. | Indentation device for in situ Raman spectroscopic and optical studies | |
| RU2674518C1 (ru) | Комплексное устройство исследования состояния поверхности металла | |
| JP2009014547A (ja) | 固体物質の観察方法、グリースの評価方法および軸受の製造方法 | |
| US3335602A (en) | Apparatus for identifying bond defects | |
| Lourette et al. | Noncovalent force spectroscopy using wide-field optical and diamond-based magnetic imaging | |
| Cupido et al. | Multipoint laser doppler vibrometer for transient analysis | |
| CN110286140A (zh) | 一种检测纳机电***谐振器振动特性的方法 | |
| Cameron et al. | A servohydraulic-controlled load frame for SEM fatigue studies | |
| RU177659U1 (ru) | Стенд для измерения работы выхода электрона с поверхности металлических тел | |
| Dubey et al. | Investigation of soft and living matter using a micro-extensional rheometer | |
| SU957002A1 (ru) | Емкостной преобразователь перемещений | |
| CN113074766B (zh) | 一种微纳米视觉运动追踪*** | |
| RU151872U1 (ru) | Прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения | |
| Rajasekharan et al. | Force Measurements for Cancer Cells | |
| JP2022077254A (ja) | アコースティックエミッション検出基板、アコースティックエミッション検出装置および走査型プローブ顕微鏡 | |
| Huang et al. | Analysis of mechanical fatigue behavior for mems structures |