Файл: Данилин Н.С. Теория и методы неразрушающего инфракрасного контроля радиоэлектронных схем.pdf

го

Рис. 2.4. Схема объекта испытаний.

для того, чтобы ом сказался на результатах измерений электри­ ческих параметров, необходимо от 2 до 20 мин. В некоторых слу­ чаях этот дефект вообще невозможно выявить обычными метода­ ми испытания схемыПри использовании инфракрасного метода этот дефект является достаточно явным, поскольку конденсатор с обратной полярностью потребляет значительный избыточный ток.

Таким образом, инфракрасный профиль схемы служит харак­ теристикой ее состояния при анализе и поиске дефектов.

§ 2.3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЭЛЕМЕНТОВ

Контроль качества элемента может быть использован для оцен­ ки физической структуры материалов, определения качества сое­ динений, обнаружения скрытых дефектов такого рода, как трещи­ ны, пустоты и посторонние включения, а также для контроля свар­ ных и паяных соединений.

Объект можно исследовать инфракрасными методами в слу­ чае, если его температура отличается от температуры фона, на котором он наблюдается. Необходимый температурный градиент создается либо путем внешнего возбуждения объекта, когда тепло

В любом случае температура объекта при подаче возбуждения на­ чинает повышаться и постепенно достигает температурь1! теплового равновесия, при котором тепло, сообщаемое объекту извне, урав­ новешивается потерями тепла за счет теплопроводности, конвек­ ции и лучеиспускания.

На выходе радиометра, контролирующего такой объект, будет возникать электрический сигнал, возрастающий от уровня, соот­ ветствующего окружающей температуре, до уровня, соответствую­ щего температуре теплового равновесия объекта.

Способы возбуждения изменяются в зависимости от области применения и размеров исследуемых объектов. Один из таких спо­ собов заключается в том, что между двумя точками объекта соз­ дается разность температур. Эти точки выбираются таким обра­ зом, чтобы свойства проверяемого элемента влияли на тепловой поток между ними. Терморельеф поверхности между этими двумя точками характеризует распространение тепла и поэтому позволя­ ет обнаружить наличие любых аномалий, скрытых под исследуе­ мой поверхностью.

В примере применения данного метода, показанном на рис. 2.6, хорошее сварное соединение характеризуется наличием боль­ шой поверхности расплавленного металла и отсутствием узких по­ перечных сечений. Это соответствует очень малой величине тепло­ вого сопротивления и выражается в том, что температура между точками Р) и Р2 изменяется почти по линейному закону: по линии А. В отличие от этого плохое сварное соединение представляет собой узкое поперечное сечение, которое ограничивает тепловой

?7

поток через место соединения. Тепловое сопротивление в этой точ­ ке имеет большую величину, в результате чего разность темпера­ тур на сварном соединении получается также большой (как пока­ зано на рис. 2.6 линией В).

Рассмотренный метод может применяться для контроля каче­ ства паяных соединений нескольких последовательных или парал­ лельных спаев и сварных швов любой конфигурации. При дан­ ном методе исследуемый объект можно нагревать лучистой энер­ гией света, сфокусированного на объекте с помощью оптической системы. Разницу лучеиспускательной способности поверхности можно определить путем предварительного сканирования нагре­ того объекта, так как он имеет при этом одинаковую температуру во всех точках, или что еще лучше, лучеиспускательная способ­ ность в разных точках может быть уравнена путем нанесения од­ ного из нескольких (имеющихся для этих целей) термопластичес­ ких или термореактивных покрытий на основе полиэфирных, эпок­ сидных, силиконовых и полиуретановых соединений.

При другом методе создания градиента температуры внешним возбуждением одну из поверхностей исследуемого объекта подо­ гревают облучением, а на противоположной поверхности снимают карту распределения температуры (терморельеф). Этот метод обеспечивает контроль процесса диффузии тепла через поверхност­ ные слои материала и позволяет обнаруживать дефекты на пути диффузионного распространения тепла. Физические неоднородно­ сти — участки плохих соединений, пустоты или посторонние вклю­ чения — уменьшают передачу тепла от нагреваемой поверхности К поверхности, сканируемой инфракрасным радиометром. Поэтому температура в области неоднородностей оказывается более низ­ кой, чем в тех местах, где соединения имеют высокую прочность.

28

Принудительное воздушное охлаждение ненагреваемой поверхно­ сти объекта увеличивает разность температур между хорошо и плохо соединенными участками и облегчает обнаружение дефектов

такого рода.

Данный метод находит различные применения: от проверки нанесенных гальваническим способом покрытий до контроля ка­ чества сварных швов. В настоящее время этот метод входит в программы проверки корпусов ракетных двигателей, сотовых па­ нельных конструкций, лопаток роторов для вертолетов и реактив­ ных двигателей.

При использовании третьего метода объект помещают в усло­

снимают карту распределения температуры по поверхности объек­ та. Физические свойства материала по пути распространения теп­ ла от сердцевины объекта к его внешним поверхностям, а следо­ вательно и скрытые аномалии, сказываются на температурной кар­ те объекта. Этот метод наиболее удобен для проверки объектов значительной толщины, поскольку термостатные окружающие ус­ ловия по своему действию эквивалентны помещению источника тепла в середину объекта.

При внутреннем нагреве в результате рассеивания мощности происходит превращение части тока, протекающего через электри­ ческий или электронный компонент с конечным сопротивлением,

втепло. Возникающее при этом повышение температуры приводит

кпропорциональному увеличению мощности излучаемой поверх­ ностью данного элемента, и эта мощность может рассматриваться как параметр, характеризующий электрический режим компо­ нента.

Например, на рис. 2.7 нижняя кривая показывает эталонную термограмму углеродистого резистора, рассеивающего номиналь­ ную мощность. Эта кривая показывает, что максимальная темпе­ ратура имеет место в центре резистора и спад температуры по обе стороны от центра происходит одинаково, т. е. кривая симметрич­ на. Температура проволочных выводов резистора равна 34°С.

Термограмма дефектного резистора, рассеивающего точно та­ кую же мощность, характеризуется второй кривой на том же ри­ сунке. Максимум этой кривой приблизительно на 10°С превыша­ ет максимальную температуру эталонного резистора и смещен от центра резистора. Кроме того, температура правого вывода де­ фектного резистора приближается к окружающей температуре.

В данном случае между телом резистора и правым проволоч­ ным выводом имеется плохое механическое соединение, что пре­ пятствует соответствующей передаче тепла к правому выводу пу­ тем теплопроводности и вызывает перегрев тела резистора. Такие, дефекты не улавливаются другими методами контроля, в то время как применение инфракрасного метода в данном случае эффек­ тивно.

29

§2.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОНТРОЛЯ

ИПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Вуказанных ранее работах дан пример устройства автомати­ ческого поиска дефектов в схемах, но не решены вопросы автома­ тизации процесса инфракрасного контроля.

Математическая модель термограммы может быть представле­

красного излучения в контрольной точке схемы. При изменении ре­ жима работы или выходе из строя отдельных элементов схемы будет меняться положение точки в N-мерном пространстве. Та­ ким образом, исправному состоянию схемы и ее отдельным неис­ правностям будут соответствовать отдельные, определенные для данной схемы области пространства. Эти области можно рассмат­

сов, может быть основана на стандартных положениях статисти­ ческой теории решений. Если а существующих классов исправно­

темы классификации, мешают оперированию со всеми этими рас­ пределениями и, следовательно, должна быть проведена некото­ рая аппроксимация.

Возможны два вида аппроксимации:

— выбирается п признаков из N возможных, содержащих всю

ных и контрольных точек измерения излучения из N возможных составляет первую основную проблему опознавания неисправнос­ тей;

— при описании функции плотности вероятности считать не­ реальным, что каждый класс имеет бесконечно много членов. Точность моделирования распределений и количество образцов, служащее для этих целей, взаимосвязаны.

31