DE3019540C2

DE3019540C2 - Einrichtung zur Messung der Dicke von festen Überzügen auf einem Grundmaterial

Info

Publication number: DE3019540C2
Application number: DE3019540A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1984-02-09
Also published as: US4459550A; DE3019540A1

Description

a) mit einem Vergleichskörper, der die elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften ^l(l des Grundmaterials nachbildet

b) mit einer Kompensationssonde,

c) mit einer elektromechanischen Antriebseinrichtung zur Änderung des Abstandes zwischen Vergleichskörper und Kompensationssonde, bis ' *■ sich die gleiche elektromagnetische Wechselwirkung wie zwischen Meßsonde und Grundmaterial ergibt

d) mit einer die elektromechanische Antriebseinrichtung ansteuernden Auswerteeinrichtung für -° die Differenz der Ausgangssignale der beiden Sonden, und

e) mit einer mit der elektromechanischen Antriebseinrichtung gekoppelten Anzeigeeinrichtung für den Abstand zwischen Vergleichskör- ²> per und Kompensationssonde, nach Patent 28 55 912,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Kompensationssonde und die Meßsonde einen gemeinsamen Permanentmagneten (1) aufweisen, dessen Meßpol (S) dem festen Überzug und dessen Gegenpol (N) dem Vergleichskörper (6) zugewandt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Polen (S, N) des Permanentmagneten (1) jeweils ein Magnetfeldsensor (20) angebracht ist, und daß der Vergleichskörper (6) solange verstellt wird, bis die beiden Magnetfeldsensoren (20) das gleiche Magnetfeld messen.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetfeldsensoren Feldplatten (20), Hallgeneratoren, Magnettransistoren oder Magnetdioden verwendet werden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen mit den beiden Magnetfeldsensoren (20) verbundenen Operationsverstär- ^r>" ker (21) für die Ansteuerung eines Elektromotors (5) für die Verschiebung des Vergleichskörpers (4).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein elektronisches Digitalzählwerk ist.

Die Erfindung betrifft tine Einrichtung zur Messung ^b0 der Dicke von festen Überzügen auf einem Grundmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nach Patent 28 55 912.

Aus der DE-AS 12 37 335 ist eine Anordnung zur Messung der Dicke von nicht-ferromagnetischen ^fl Überzügen auf ferromagnetisehem Material bekannt, bei der eine Meßsonde mil einem magnetischen Wechselfeld beaufschlagt und während der Messung standig gegen den Überzug gedrückt wird. Als Maß für die Schichtdicke wird die elektromagnetische Rückwirkung des ferromagnetischen Materials (Dämpfungsbzw, Phasenverschiebung) ausgenutzt

Zur einfachen Messung der Dicke von unmagnetischen Schichten auf magnetischen bzw. magnetisierbaren Unterlagen, beispielsweise Eisenteilen oder Eisenblechen, haben sich in der Industrie Schichtdickenmesser durchgesetzt, die die Haftkraft eines Permanentmagneten ausnutzen. Dabei wird eine Feder solange gespannt, bis der Magnet von der Meßstelle abreißt Die Federkraft stellt dann ein Maß für die Dicke der unmagnetischen Schicht auf der magnetischen Unterlage dar, die nach entsprechender Eichung in mm oder μίτι. angegeben werden kann (DE-PS 8 69 152).

Der Vorteil dieser Handgeräte liegt im wesentlichen in ihrem unkomplizierten Aufbau. Dieser Vorteil muß jedoch mit erheblichen Nachteilen erkauft werden. So wird der erhaltene Meßwert sehr stark von der Geschicklichkeit des Benutzers beeinflußt. Kleine Bewegungen oder Erschütterungen während der Messung verursachen ein vorzeitiges Abreißen des Permanentmagneten, was zu einer großen Meßunsicherheit führt

Weiterhin wird bei der Eichung eines solchen Gerätes eine bestimmte Feldstärke des Permanentmagneten zugrundegelegt Ändert sich diese Stärke nur geringfügig, so stimmt die durchgeführte Eichung nicht mehr, wobei eine Nachjustierung wegen des extrem unlinearen Zusammenhangs zwischen Schichtdicke und Haftkraft nicht möglich ist. Zu einer solchen Änderung der Feldstärke des Permanentmagneten kann es jedoch refativ rasch kommen, beispielsweise unter dem Einfluß von magnetischen Fremdfeldern, durch Temperaturänderungen, durch eine Alterung des Magneten oder durch Stoß und Vibration, so daß diese Fehlerquelle nie ausgeschlossen werden kann.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Haftkraft-Schichtdickenmesser besteht darin, daß jeder Permanentmagnet seine eigene charakteristische Kurve hat, d. h., für jedes Gerät muß der Zusammenhang zwischen Federkraft und Schichtdicke neu ermittelt und die entsprechende Skala individuell angefertigt werden. Dies ist insbesondere bei der Serienfertigung sehr unwirtschaftlich.

Da, wie erwähnt, die Beziehung zwischen Haftkraft und Schichtdicke extrem unlinear ist, wird schließlich das Ablesen des Meßwertes für Ungeübte recht schwierig. Eine digitale Anzeige ist praktisch unmöglich, da sie einen linearen Zusammenhang zwischen Haftkraft und Schichtdicke voraussetzt. Gerade eine solche digitale Anzeige wird jedoch heute von vielen Benutzern erwünscht, da nur so ein eindeutiges, leicht abzulesendes Meßergebnis erhalten wird. Außerdem ist die digitale Ausgabe des Meßwertes Voraussetzung für eine ggf. erforderliche Weiterverarbeitung der Meßwerte, wie es beispielsweise bei der Meßwertprotokollierung durch einen Drucker der Fall ist.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird deshalb in dem Hauptpatent 28 55 912 eine Einrichtung zur Messung der Dicke von festen Überzügen auf einem Grundmaterial aufgrund der abstandsabhängigen, elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen einer in Anlage an den Überzug gebrachten Meßsonde und dem Grundmate rial vorgeschlagen, die nicht nach dem Haftkraftprinzip, sondern auf induktivem Wege arbeitet. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß relativ komplizierte und aufwendigt· Schaltungen erforderlich sind, also gerade der wesentli

ehe Vorteil der Haftkraftmessung, nämlich die einfache Handhabung, verlorengeht Außerdem können solche, «■if induktivem Wege arbeitende Schichtdickenmesser leicht durch äußere Einflüsse gestört werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung der Dicke von festen Oberzügen auf einem Grundmaterial aufgrund der abstandsabhängigen elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen einer in Anlage an den Überzug gebrachten Meßsonde und dem Grundmaterial der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der auch ohne aufwendige und komplizierte Schaltungen die Gleichheit der elektromagneti'-chen Wechselwirkung zwischen Vergleichskörper und Kompensationssonde einerseits und Meßsonde und Grundmaterial andererseits festgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprächen zusammengestellt

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß, anders als beim Hauptpatent, Kompensationssonde und Meßsonde nicht als getrennte Bauteile vorgesehen sind, sondern durch einen einzigen Permanentmagneten gebildet werden, dessen Meßpol dem festen Überzug und dessen Gegenpol dem Vergleichskörper zugewandt ist Als elektromagnetische Wechselwirkung in den jeweiligen Spalten tritt nur ein Magnetfeld auf, wie es auf einfache Weise durch einen Magnetfeldsensor ermittelt werden kann. Als Magnetfeldsensoren können beispielsweise Feldplatten, Hall-Generatoren, Magnettransistoren oder Magnetdioden verwendet werden.

Das Ausgangssignal solcher Magnetfeldsonden, das ein sehr exaktes Maß für die elektromagnetische Wechselwirkung in den jeweiligen Spalten darstellt, läßt sich ohne Schwierigkeiten verarbeiten und miteinander vergleichen, so dab eine sehr exakte Anzeige für den Abstand zwischen Vergleichskörper und zugehörigem Gegenpol und damit der Dicke des festen Überzuges möglich ist. Das erhaltene Ausgangssignal ermöglicht die problemlose digitale Anzeige, beispielsweise über ein elektronisches Digitalzählwerk.

Im Vergleich mit dem üblichen Haftkraft-Schichtdikkenmesser ergibt sich noch der weitere Vorteil, daß bei kleinen Erschütterungen des Meßgerätes der Meßpol nicht von dem zu messenden Überzug abreißen kann, wie es bei üblichen Haftkraft-Schichtdickenmessern der Fall ist, deren Meßpol im allgemeinen im allgemeinen unter der Vorspannung einer Feder steht. Zumindest stellt bei der vorliegenden Einrichtung dieses Abreißen keine Schwierigkeit dar, da ja bereits vorher die Gleichheit der elektromagnetischen Wechselwirkung und damit der gesuchte Abstand festgestellt werden konnte.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Schemadarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt.

Bei dieser Einrichtung wird ein kleiner, stabförmiger, fest eingebauter Permanentmagnet 1 verwendet, dessen unterer Pol, bei dieser Ausführungsform der Südpol S. als Meßpol dient, der auf eine Meßstelle 4 aufgelegt wird. Diese Meßstelle ist die Oberfläche eines Körpers, der auf einem magnetischen bzw. rnagnetisierbaren Grundmaterial 4a eine nicht-magnetische Schicht 4b aufweist, deren Dicke ermittelt werden soil.
·*> Der andere Pol des Permanentmagneten 1, also bei dieser Ausführungsform der Nordpol N, dient als Gegenpol, der einer Platte 6 aus einem magnetischen bzw. magnetisierbaren Material, zweckmäßigerweise einer Eisenplatte, gegenüberliegt

κ· Diese Eisenplatte 6 ist am unteren Ende einer Gewindespindel 8 angebracht, die über zwei Kegelzahnräder 7 von einem Elektromotors gedreht werden kann. In Abhängigkeit von der Drehrichtung der Abtriebswelle des Elektromotors 5 bewegt sich also die Gewinde-

! ■"> spindel 8 gemäß der Darstellung in der Figur nach oben oder nach unten.

Die Abtriebswelle des Elektromotors 5 ist außerdem mit einem üblichen Rollenzählwerk 9 gekoppelt, das entsprechend der Drehung der Abtriebswelle des

2t> Elektromotors 5 verstellt wird. Die von dem Rollenzählwerk 9 angezeigte Zahl stellt also ein Maß für die Drehung der Abtriebswelle des Elektromotors 5 und damit für die Verstellung der Eisenplatte 6 in Richtung auf den Gegenpol Ndar.

-'ϊ Die beiden Pole 5 bzw. N des fest eingebauten Permanentmagneten 1 sind mit je einer dünnen Magnetfeldsonde 20 versehen. Als bevorzugte Magnetfeldsonde wird eine sogenannte »Feldplatte« verwendet, also ein magnetfeldabhängiger Halbleiter, der auf

i« eine dünne Keramikplatte aufgebracht worden ist Als Alternative hierzu können aber auch Hallsonden oder Magnettransistoren oder Magnetdioden eingesetzt werden.

Die beiden Magnetfeldsonden 20 werden zu einer

« Brücke zusammengeschaltet, deren Diagonalspannung einem Operationsverstärker 21 zugeführt ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 21 ist mit dem bereits erwähnten Elektromotor 5 verbunden, der einerseits die Eisenplatte 6 und andererseits das Rollenzählwerk 9 verstellt.

Wenn der Kompensationsluftspalt, also der Luftspalt zwischen der Eisenplatte 6 und dem Gegenpol N kleiner oder größer als die Dicke der nicht-magnetischen Schicht 4b ist, messen die beiden Magnetfeldson-

⁴' den 21 unterschiedliche Magnetfelder, so daß der Operationsverstärker 21 den Elektromotor 5 antreibt und die als Vergleichskörper dienende Eisenplatte 6 mittels der Kegelzahnräder 7 und der Gewindespindel 8 entweder nach oben oder nach unten verstellt wird, bis

>" die Diagonalspannung in der Brücke den Wert Null erreicht hat. Dann wird auch das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 21 Null, so daß der Elektromotor 5 stehen bleibt und auf dem Rollenzählwerk 9 nach entsprechender Eichung die Dicke der nicht-magneti-

^v> sehen Schicht 4b abgelesen werden kann, ausgedrückt als Abstand zwischen Gegenpol N und Vergleichskörper 6.

Diese Einrichtung ermöglicht eine kontinuierliche Messung, d. h. ein mit einer nicht-magnetischen Schicht überzogenes Profil kann kontinuierlich abgetastet werden, um fortlaufend die Dicke dieser Schicht zu bestimmen.

An dem Rollenzählwerk 9 ist ein Stellknopf 14 vorgesehen, mit dem eine Korrektur des Nullpunktes

^b5 des Rollenzählwerks 9 durchgeführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung der Dicke von festen Überzügen auf einem Grundmaterial aufgrund der abstandsabhängigen, elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen einer in Anlage an den Überzug gebrachten Meßsonde und dem Grundmaterial