Толщиномер лакокрасочных покрытий на Arduino. Самодельный измеритель толщины лакокрасочных покрытий Цифровой толщиномер краски схема на микроконтроллере

В процессе поиска, подходящего для меня автомобиля с пробегом, столкнулся с необходимостью проверки лакорасочного покрытия (ЛКП) на однородность, для выявления крашеных или шпаклеваных деталей. Сначала в руки мне попал профессиональный измеритель толщины ЛКП, но давали мне его ненадолго, а процесс поиска машины, наоборот, растянут по времени. Измеритель пришлось вернуть владельцу, а подходящая машина найдена не была.
А нельзя ли сделать простейший измеритель толщины краски самому?
Первым результатом поиска по интернету, стала классическая схема, на основе двухобмоточного трансформатора с открытой магнитной системой.

На первичную обмотку подается некий сигнал, а со вторичной обмотки подается сигнал на измеритель. Измеряемый образец, замыкает магнитную систему и чем толще краска, тем меньше связь между обмотками, тем меньше выходной сигнал. Но искать подходящее железо для трансформатора и мотать его было лень, продолжил поиски. Кроме этого подобные схемы имеют сильную нелинейность зависимости уровня сигнала от толщины покрытия.
Затем попалась схема, которя работает на основе изменения индуктивного сопротивления датчика. На измерительную катушку подается калиброваный сигнал (лучше синусоидальный) , катушка включена в плечо измерительного моста, после установки нуля, проводится измерение.

Еще я вспомнил, что у меня валяется несколько плат Arduino. Брал пару лет назад поиграться.
Сформулировал, для себя, задачу - "Измерение индуктивности на Arduino минимумом навесных деталей".
В результате поисков, наткнулся на страницу https://github.com/sae/Arduino-LCQmeter/blob/master/LC-gen.ino
эта программа и стала прототипом простейшего измерителя ЛКП.
В качестве основной платы, выбрана Arduino nano за небольшие габариты.
Суть работы в следующем: на измеряемый LC-контур подается импульс "накачки", после чего запускается счетчик до до тех пор, пока сигнал на контуре, не пройдет через "0" компаратора, после чего процесс повторяется.
В результате, показания счетчика пропорциональны резонансной частоте LC контура.
Сначала опробовал идею на столе, с выводом информации на компьютер. Вроде работает
Хотя у меня был LCD модуль, но с ним устройство получалось громоздким и требовало изготовления корпуса.
Решил сделать индикацию толщины на светодиодах.
Нарисовал схему, спаял шилд на макетке, предусмотрел контроль напряжения батареи.

Проблемой оказалось изготовление катушки. Если чашек ферритовых броневых сердечников нашел много и разных, то каркасов катушек не нашел ни одного. После нескольких попыток сделать каркас самостоятельно, было найдено следующее решение: на коническом корпусе шариковой ручки были установлены две картонные щечки, намотано приблизительно подходящеее количество витков, чтоб поместилось внутрь сердечника. Провод взял минимальной толщины, какой был под рукой (около 0.08) количества витков не помню, что-то около 100. после намотки, одну щечку снял. и подталкивая за другую щечку поместил получившуюся катушку внутрь сердечника. Выпавшие витки, заправил в катушку пинцетом. После этого капнул на витки суперклеем и закрыл катушку оставшейтся щечкой. Катушку на плате закрепил термоклеем.
Конденсатор желательно металлопленочный, только не керамический, поскольку у керамики такой емкости недопустимый ТКЕ
В результате, получилась такая конструкция:

Текст программы для загрузки:

Работа с устройством:
Поскольку разные машины имеют разную тощину ЛКП, сначала делается процедура калибровки. Кроме этого процедура калибровки, позволяет снизить влияние температуры на результаты измерения. Для калибровки, нужно прижать устройство к покрытию автомобиля, и нажать кнопку "калибровка"
После проведения калибровки, значение толщины ЛКП, выраженное в "условных единицах" записывается в eeprom.
для проведения измерения, прибор прикладывается к разным местам ЛКП автомобиля и нажимается кнопка "Измерение". Если отклонение измеренного результата от записанного, невелико, загорается зеленый светодиод.
Если отклонение превышает некоторую границу - загорается белый светодиод - "подозрительно"
Если есть второй слой краски, или была полировка - загорается один из синих "краска" или "полировка"
Если покрытие близко к нулю или превышает 0.2, то загораются красные светодиоды "шпаклевка" или "металл"
Каждое измерение толщины производится 3 раза, а потом значение усредняется. Возможно, одного раза достаточно. Это позволит получать результат практически мгновенно.

Не стоит рассматривать эту поделку, как образец готового изделия. Это всего лишь пример того, как можно решить поставленную задачу "подручными" средствами. Но, подозреваю, что на основе этого измерителя, можно изготовить измеритель с профессиональной точностью. Для этого нужно будет, качественно намотать катушку, подобрать конденсатор, с минимальным TKE, подключить экранный модуль, подобрать формулу пересчета "сырого" значения в микрометры.

Борис Падорин, ООО "Долина-Сервис"

При работах, связанных с нанесением защитного покрытия на стальные поверхности, часто возникает необходимость определения толщины слоя или толщина лакокрасочного покрытия и других материалов при покупке б/у автомобиля. Несмотря на кажущуюся сложность, определить это можно несколькими простыми способами.

В промышленных приборах для этого обычно применяют ультразвуковые толщиномеры, которые работают на принципе эхо – локации. К защитному слою прикладывается датчик, представляющий собой пьезоэлектрический преобразователь, на который подаются пачки ультразвуковых колебаний. Ультразвуковой сигнал проходит через защитное покрытие и отражается от металлической поверхности. Отражённый сигнал улавливается датчиком, усиливается и подаётся на фазовый детектор, который сравнивает фазу посланного и отражённого сигнала, а затем выдаёт сигнал, пропорциональный времени запаздывания, а значит и толщине покрытия. Этот способ достаточно точен, но очень сложен для самостоятельной реализации. Более простые устройства можно изготовить на базе ёмкостных или индуктивных датчиков. Погрешности измерения у этих устройств гораздо выше, чем у ультразвуковых измерителей, но в большинстве случаев это не принципиально. Если покрытие лакокрасочное, то можно воспользоваться ёмкостным датчиком, который представляет собой две небольшие металлические пластины, приклеенные к диэлектрическому основанию и прижимаемые к поверхности слоя. Между пластинами измеряется ёмкость, которая зависит от диэлектрической проницаемости покрытия и от его толщины. Прибор необходимо калибровать для каждого вида лакокрасочного покрытия. Более удобны индуктивные датчики. Датчик представляет собой миниатюрный Ш – образный трансформатор, собранный с одной стороны катушки, без замыкающих пластин. Если открытой стороной прижать его к металлической поверхности, то в зависимости от толщины немагнитного зазора, образовываемого защитным покрытием, изменяется индуктивность катушки. Один из способов измерения заключается в том, что катушку включают в качестве индуктивности LC - генератора низкой частоты. Далее сигнал подаётся на частотный детектор, а затем на устройство индикации. Способ хорош, но достаточно сложен. Схема более простого устройства, но достаточно точного приведена вверху.

Устройство представляет собой генератор стабильной частоты и амплитуды, последовательно с выходом, которого включается индуктивный датчик, сопротивление которого пропорционально квадратному корню от индуктивности. Напряжение после датчика детектируется, нормализуется и подаётся на устройство индикации. Для индикации можно применить небольшой стрелочный индикатор, заново отградуировав его шкалу, но более удобной является светодиодная индикация. В предлагаемом приборе в качестве датчика используется трансформатор от абонентского громкоговорителя (радиоточки). Трансформатор собран с одной стороны, без замыкающих пластин, и залит эпоксидной смолой вместе с остальными элементами, в небольшом корпусе. Рабочая поверхность датчика зашлифована до блеска металла. Достоинства прибора - его небольшие габариты и возможность измерять толщину любых немагнитных покрытий, даже электропроводных, например толщину алюминиевого напыления или медного гальванического покрытия на стальной поверхности. Прибор калибруется с помощью немагнитных пластин известной толщины. В схеме можно применить любые низковольтные операционные усилители с малым потреблением тока. У выбранных типов ОУ сопротивления резисторов между выводами 4 и 8 задают потребляемый ток и составляют 1 ...1,5 Мом. Можно использовать сдвоенные ОУ, например LM358 или аналогичные. Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К561ЛЕ5 или любые инверторные логические элементы. Если требуется повысить точность аналого - цифрового преобразователя - вместо цифровой микросхемы можно применить счетверённый компаратор LM339. Ещё более упростить схему можно применив микросхему A 277(К1003ПП1) для линейной световой индикации, правда возрастёт потребляемый ток. В этом случае микросхемы К561ЛА7 и КР1533ИД3 вместе с резисторами обвязки не понадобятся - вход микросхемы подключается на выход второго ОУ. Таймер NE555N (КР1006ВИ1) в схеме используется не только как генератор стабильной частоты для датчика, но и как инвертор отрицательной полярности для получения напряжения -2 В, необходимого для нормальной работы ОУ. Правильно собранная схема начинает работать сразу - остаётся только индивидуально откалибровать светодиодную линейку индикации подстроечных резисторов и немагнитных пластин известной толщины.

Эта статья будет о полезном для автолюбителей девайсе, как же все-таки это слово (девайс) подходит ко всему, о толщиномере краски. Самое интересное, что толщиномер рассмотренный в нашей статье изготовлен своими руками, то есть прост в использовании и дешев. Это значит, что практически каждый заинтересованный автолюбитель сможет собрать себе подобный толщиномер, без особых проблем и расходов.

Да, конечно, данный прибор не претендует на абсолютно точные измерения, имеет свои недостатки, так как не сможет работать окрашенным пластиком. Тем не менее, для явных проблемных зон кузова, когда толщина шпатлевки будет измеряться в миллиметрах, он точно будет полезен. Даже скажем так, он станет явным фактом, который можно будет использовать для аргументации снижения цены, либо для принятия решения об отказе покупки проверяемого автомобиля. Здесь многие могут сказать, что обладая высокоразвитой логикой мышления и значительным опытом они итак смогут сказать, что машина была крашена и сделана, но не все же такие проницательные… Так что возможно кому-то и такой вариант станет незаменимой альтернативой.

Принцип действия толщиномера краски изготовленного своими руками

Здесь как все гениальное, которое просто, есть некая аналогия. Фактически есть упругий элемент - резинка и магнит. Магнит удерживается на кузове и оттягивается посредством этого самого упругого элемента. В итоге, каждый раз при отрыве магнита от кузова, в зависимости от толщины краски и силы примагничивания, будет по-разному проявляться свойства этого упругого элемента, тем самым указывая на отклонения, относительно предыдущего измерения. На основании этого и можно будет сделать вывод о том, где только слой краски, а где есть еще и шпатлевка.

Изготовление толщиномера краски своими руками

За основу взята обычная пищущая ручка. Так на стержень, на его конец скотчем закреплен неодимовый магнит. Неодиомывый так как у него наиболее сильно проявлятся притягивающие свойства, а значит показания, при измерении, можно достичь более высокие. Также несколько отрезков самоклеющейся пленки, можно ее заменить впрочем и на обычную изоленту. На другом концестержня закреплена резинка-жгут. Вроде того, который используется на очках для плавания. Второй конец резинки прожжет через корпус ручки и также закреплен скотчем. Все делается быстро и требует каких-либо особых умений и инструмента.

Теперь можно провести и полевые испытания, скажем на кухонном холодильнике. В зависимости от выдвижения стержня до его отрыва, можно сделать заключение о расстоянии от металла до прилегающего к кузову магнита. Так если стержень выдвинулся незначительно, значит расстояние большое. Такой случай будет характерен для слоя шпатлевки на кузове машины. Что укажет на то, что машина ремонтировалась. Если же стержень выдвигается на большую длину, то здесь лишь слой краски, без шпатлевки.

Даже толщина листа бумаги уже дает знать о изменении силы притяжения магнита.

Еще раз повторимся, что данный толщиномер будет полезен лишь начинающим автолюбителям, так как точность его не высока, да и покраска деталей без использовании шпатлевки никак не проявится при использовании подобного прибора. Тем не менее и такой прибор станет кому-то подспорьем, о чем мы уже говорили в начале нашей статьи.
Если же вы хотите приобрести электронный толщиномер, то не лишним будет прочитать . В которой рассказывается о видах толщиномеров и о принципе их работы.

При работах, связанных с нанесением защитного покрытия на стальные поверхности, часто возникает необходимость определения толщины слоя. Несмотря на кажущуюся сложность, определить это можно несколькими простыми способами. В промышленных измерителях толщины покрытий для этого обычно применяют ультразвуковые толщиномеры, которые работают на принципе эхо – локации. К защитному слою прикладывается датчик, представляющий собой пьезоэлектрический преобразователь, на который подаются пачки ультразвуковых колебаний. Ультразвуковой сигнал проходит через защитное покрытие и отражается от металлической поверхности. Отражённый сигнал улавливается датчиком, усиливается и подаётся на фазовый детектор, который сравнивает фазу посланного и отражённого сигнала, а затем выдаёт сигнал, пропорциональный времени запаздывания, а значит и толщине покрытия. Этот способ достаточно точен, но очень сложен для самостоятельной реализации. Более простые устройства можно изготовить на базе ёмкостных или индуктивных датчиков. Погрешности измерения у этих устройств гораздо выше, чем у ультразвуковых измерителей, но в большинстве случаев это не принципиально. Если покрытие лакокрасочное, то можно воспользоваться ёмкостным датчиком, который представляет собой две небольшие металлические пластины, приклеенные к диэлектрическому основанию и прижимаемые к поверхности слоя.

Между пластинами измеряется ёмкость, которая зависит от диэлектрической проницаемости покрытия и от его толщины. Прибор необходимо калибровать для каждого вида лакокрасочного покрытия. Более удобны индуктивные датчики. Датчик измерителя толщины представляет собой миниатюрный Ш–образный трансформатор, собранный с одной стороны катушки, без замыкающих пластин. Если открытой стороной прижать его к металлической поверхности, то в зависимости от толщины немагнитного зазора, образовываемого защитным покрытием, изменяется индуктивность катушки. Один из способов измерения заключается в том, что катушку включают в качестве индуктивности LC-генератора низкой частоты. Далее сигнал подаётся на частотный детектор, а затем на устройство индикации. Способ хорош, но достаточно сложен.

Предложенный измеритель толщины представляет собой генератор стабильной частоты и амплитуды, последовательно с выходом которого включается индуктивный датчик, сопротивление которого пропорционально квадратному корню от индуктивности. Напряжение после датчика детектируется, нормализуется и подаётся на устройство индикации. Для индикации можно применить небольшой стрелочный индикатор, заново отградуировав его шкалу, но более удобной является светодиодная индикация. В предлагаемом приборе в качестве датчика используется трансформатор от абонентского громкоговорителя (радиоточки). Трансформатор собран с одной стороны, без замыкающих пластин, и залит эпоксидной смолой вместе с остальными элементами, в небольшом корпусе. Рабочая поверхность датчика зашлифована до блеска металла. Достоинства измерителя толщины — его небольшие габариты и возможность измерять толщину любых немагнитных покрытий, даже электропроводных, например толщину алюминиевого напыления или медного гальванического покрытия на стальной поверхности. Здесь можно скачать рисунок печатной платы измерителя . Прибор калибруется с помощью немагнитных пластин известной толщины.

В схеме можно применить любые низковольтные операционные усилители с малым потреблением тока. Если требуется повысить точность аналого — цифрового преобразователя — вместо цифровой микросхемы можно применить счетверённый компаратор LM339. Таймер NE555N (КР1006ВИ1) в схеме используется не только как генератор стабильной частоты для датчика, но и как инвертор отрицательной полярности для получения напряжения -2 В, необходимого для нормальной работы ОУ.

Правильно собранная схема измерителя толщины лакокрасочных покрытий начинает работать сразу — остаётся только индивидуально откалибровать светодиодную линейку индикации подстроечных резисторов и немагнитных пластин известной толщины.

Здравствуйте. Сегодня я расскажу о толщиномере GY910. Зачем же он нужен? Он применяется для определения толщины покрытия магнитных и немагнитных металлов, определения толщины покраски металла в автомобиле-, авиа- и кораблестроении, определения толщины покрытия металлических конструкций в быту (например, окон, дверей), измерения толщины лака на медных дорожках при производстве печатных плат, быстрой детекции металлических деталей на входном контроле, поиска дефектов металла без повреждения краски при покупке подержанного автомобиля, измерение оксидной плёнки металла. Если вам это интересно – добро пожаловать под кат.

Товар был доставлен курьерской службой за 20 дней. Толщиномер поставляется в картонной коробочке:

В комплект входит инструкция, в том числе и на нормальном русском языке:

Железная и алюминиевая пластины, а также набор калибровочных пластин различной толщины:

И, прежде чем я перейду к самому толщиномеру – его краткие технические характеристики:

Особенности толщиномера GY910:
Компактный и легкий - всегда можно возить с собой;
Автоматическое отключение для экономии энергии;
Переключение между единицами измерений;
Автоматическое распознавание типа металла.
Технические характеристики:
Принцип измерений: электромагнитная индукция и вихревые токи Фуко;
Диапазон измерений: от 0 до 1300 микрон;
Шаг измерений: 1 микрон;
Точность измерений: ±(3%+2 мкм) / ±(3%+0.078 mil);
Предел измерения: 0-999 мкм (1 мкм) / 1000-1300 мкм (0.01 мм);
Калибровка: обнуление, многоступенчатая ручная калибровка;
Единицы измерения: мкм, мм, mil;
Минимальный вогнутый радиус кривизны: 25 мм;
Максимальный выпуклый радиус кривизны: 1,5 мм;
Радиус зоны измерения: 3 мм;
Минимальная толщина подложки: Fe (0,5 мм) / NFe (0,3 мм);
Источник питания: 2 батарейки 1.5V AAA;
Условия окружающей среды: от 0°C до 40°C при 20-70% относительной влажности;
Условия хранения: от -20 до 70°C;
Габаритные размеры: 117х30х22,5 мм;
Вес: 65 гр.
Комплектация толщиномера GY910:
Толщиномер ЛКП GY910;
Руководство пользователя на Русском языке;
Набор калибровочных пластин от 50 до 1000 мкм;
Железная калибровочная пластина (Fe);
Алюминиевая калибровочная пластина (NFe);
Шнурок на руку;
Упаковка;

На лицевой стороне толщиномера расположен ЖК-экран, кнопка калибровки и кнопка Включение/Выключение/ОК. Процедура многоступенчатой калибровки подробно расписана в инструкции. Я же буду проверять толщиномер как есть, с заводской калибровкой.

Сзади находится отсек для двух батареек ААА, батарейки в комплект не входят:

Когда батарейки сядут до неприемлемого уровня, индикатор батареек на экране будет мигать. Требуется заменить батарейки, так как это сильно повлияет на точность измерений. Этот момент особо обговорен в инструкции.

На верхнем торце толщиномера расположен электромагнитновихретоковый датчик, которым производится измерение толщины покрытия:

Для измерения толщины покрытий на магнитных материалах (Fe) используются как магнитная индукция, так и эффект Холла, позволяющий проводить измерения плотности магнитного поля. Для создания магнитного поля чаще всего используется мягкий ферромагнитный стержень с катушкой. Также, в свою очередь, для обнаружения каких-либо изменений в магнитном потоке применяется второй стержень с катушкой. Толщина покрытия определяется путём измерения плотности магнитного потока. Допустимый процент погрешности измерений для приборов данного типа равен ± 3%.

Для измерения толщины покрытий на немагнитных материалах (NFe) используется вихретоковый принцип действия. На поверхности зонда прибора с помощью тока (с частотой от десятков КГц до единиц МГц), проходящего через катушку, на которую намотана тонкая проволока, генерируется переменное магнитное поле. При приближении зонда к токопроводящей поверхности, переменное магнитное поле генерирует на ней вихревые токи (токи Фуко). Вихревые токи создают собственные (противоположные первичному) электромагнитные поля, которые могут быть измерены основной или второстепенной обмоткой. Вихретоковый метод используется преимущественно для хорошо проводящих поверхностей, в частности сделанных из цветных металлов (например, алюминий). Величина напряжения на измерительной обмотке (измеряемая величина) зависит от расстояния от неё до электропроводящей поверхности, которая и является толщиной непроводящего покрытия.

Тип материала, Fe или NFe – определяется толщиномером автоматически.

Вскроем толщиномер:

В толщиномере используется прецизионный операционный усилитель от Texas Instruments и двоичный счетчик со сквозным переносом от NEXPERIA :

«Сердцем» толщиномера является микроконтроллер :

Вставляем в толщиномер батарейки:

Единицы измерений изменяются кратковременным нажатием на кнопку включения, доступны микроны, миллиметры (на фото) и миллидюймы:

Можно выключить толщиномер нажав и подержав кнопку включения, или если его не трогать, то через пять минут он отключится сам.

Проверим точность измерений прилагаемыми калибровочными пластинами.

Магнитный материал (Fe):

Немагнитный материал (NFe):

Перейдём к испытанию на автомобиле. Испытание провел на автомобиле знакомого. Машина практически новая, куплена Б/У, «небита-некрашена». Вернее сказать, бита, уже у моего знакомого, автоледи помяла ему пятую дверь. Видео, к сожалению, не будет. Знакомый запретил его выкладывать, после исследования машины, а ему ещё её продавать.))) Другие тоже на это не согласились. Поэтому только несколько чёрно-белых фото, чтобы не светить цвет машины. На всякий случай.

Измерения проводить очень просто, не нужно наклоняться к толщиномеру и пытаться увидеть показания, когда он прислонен к автомобилю. Плавно прикладываем датчик в интересующее место и через пару секунд резко отдёргиваем его не менее, чем на 5 сантиметров от корпуса авто. На экране останутся текущие показания.

Итак, я первый раз в жизни проверял автомобиль. Что бы выявить основные косяки, мне хватило пяти минут. Этого времени достаточно, чтобы проверить все основные элементы обойдя автомобиль по кругу. Конечно, если бы я потратил больше времени – можно было бы найти какие-то мелочи, но зачем это в данном случае? А случай – интересный.

Начал я с капота, с водительской стороны у лобового стекла. И сразу – удача (правда удача, смотря для кого):

Хороший такой слой шпаклёвки.

Остальной капот не шпаклевался:

Больше фото не будет, поскольку по фото можно будет определить марку автомобиля.)

Я продолжил обход автомобиля по часовой стрелке. На пятой двери я обнаружил шпаклёвку, оставшуюся от встречи с автоледи, владелец машины подтвердил, что всё точно. Обхожу машину далее и добраюсь до водительской двери. Дверь была практически полностью покрыта хорошим слоем шпаклёвки. Далее выяснилось, что левое переднее крыло меняли, наверно починить его стоило дороже. Это выяснилось по слою краски, который по толщине отличается от всех остальных окрашенных частей автомобиля. Наверное, удар пришёлся в водительскую дверь и крыло, заодно был повреждён капот. А также при осмотре стало понятно, что автомобиль перекрашивался, за исключением крыши. Только на крыше осталась родная краска. Это легко понять по толщине краски, а также по тому, что не заводская окраска неравномерна по толщине, в отличии от заводской окраски. Причём цвет подобран изумительно, да и рихтовал и шпаклевал явно специалист. Даже по отражению следов удара не видно. Ну а как же, «небита-некрашена»…))) Расстроил я владельца. Толщиномер при покупке помог бы в этом, сэкономив деньги.

Спасибо за внимание.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.