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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines zerstörungsfreien Messverfahrens zur Schichtdickenmessung.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 042 446 A1 ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Ultraschallschichtdicken-Messgeräts bekannt, welches zur Dickenbestimmung der Einzelschichten eines mehrschichtigen Lackaufbaus verwendet wird. Hierbei wird das Ultraschallmessgerät mittels eines magnetisch-induktiven Messverfahrens kalibriert. Während dieses Verfahren eine zerstörungsfreie Kalibration der Schichtdickenmessung erlaubt, ist es explizit ausschließlich für einen mehrschichtigen Lackaufbau beschrieben und nicht ohne weiteres anwendbar auf andere Bereiche, beispielsweise auf eine Schichtdickenmessung einer metallischen Beschichtung einer Zylinderlaufbahn. In diesem Bereich werden bisher Schliffproben angefertigt, wobei eine große Streuung existiert und sehr viele Proben erforderlich sind. Dieses Verfahren ist daher zeit- und kostenintensiv. Die Proben sind nach Anwendung des Verfahrens zerstört, sodass sie nicht weiter als Kalibrierstücke verwendet werden können. Es besteht daher Bedarf an einem Kalibrationsverfahren, welches allgemein anwendbar ist. Auch die Genauigkeit der magnetisch-induktiven Kalibration ist verbesserungsfähig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kalibrieren eines zerstörungsfreien Messverfahrens zur Schichtdickenmessung zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Kalibrieren eines zerstörungsfreien Messverfahrens zur Schichtdickenmessung geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird ein tomografisches Verfahren auf eine Materialprobe angewendet, und aus dem tomografischen Verfahren werden tomografische Daten erhalten. Ein erster Wert einer physikalischen Eigenschaft der Materialprobe wird anhand der tomografischen Daten bestimmt. Ein zweiter Wert der physikalischen Eigenschaft wird mit wenigstens einem zu kalibrierenden zerstörungsfreien Messverfahren bestimmt. Das zu kalibrierende zerstörungsfreie Messverfahren wird durch einen Vergleich des zweiten Werts mit dem ersten Wert der physikalischen Eigenschaft kalibriert. Das Verfahren weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Insbesondere besitzt es ein breites Anwendungsspektrum und ist auch geeignet zur Anwendung auf metallische Beschichtungen von Zylinderlaufbahnen. Außerdem ermöglicht das Verfahren eine hochexakte Referenzierung für die Kalibrierung mit sehr hoher Wiederhol- und Reproduzierbarkeit sowie einer äußerst geringen Streuung, insbesondere weil über das tomografische Verfahren sehr viele Messpunkte, sogenannte Voxel, genommen werden können, die in die Messung einfließen und eine entsprechend genaue und wenig streuende Mittelung liefern. Im Vergleich zu zerstörenden Verfahren ergibt sich ein deutlich reduzierter Zeit- und Kostenaufwand, insbesondere da es keiner Entnahme oder Anfertigung von Schliffproben bedarf. Die zur Kalibrierung verwendeten Messproben können im Nachhinein als Kalibrierstücke oder zur Prüfmittelüberwachung verwendet werden, sie sind also nicht zerstört.
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Das Verfahren beruht darauf, dass für dieselbe physikalische Eigenschaft der verwendeten Materialprobe, beispielsweise eine Schicht- oder Materialdicke, ein erster Wert als Ergebnis des tomografischen Verfahrens aus den tomografischen Daten gewonnen wird, während ein zweiter Wert – unabhängig von der Messung des ersten Werts – mit dem wenigstens einen zu kalibrierenden zerstörungsfreien Messverfahren gemessen wird. Diese derart unabhängig voneinander an derselben Materialprobe gewonnenen Werte können miteinander verglichen werden. Da das tomografische Verfahren eine sehr hohe Genauigkeit aufweist, kann vorausgesetzt werden, dass der erste Wert näher an einem wahren Wert liegt als der mittels des zerstörungsfreien Messverfahrens bestimmte zweite Wert, und dieses zerstörungsfreie Messverfahren kann dann durch den Vergleich des zweiten Werts mit dem ersten Wert kalibriert werden. Insbesondere ist es möglich, das zu kalibrierende zerstörungsfreie Messverfahren zu justieren, wenn sich intolerable Abweichungen zwischen den ersten und zweiten Werten ergeben. Dabei kann ein Akzeptanzintervall definiert werden, innerhalb dessen die Werte differieren dürfen, ohne dass es einer Justierung des zerstörungsfreien Messverfahrens bedarf. Liegt die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert allerdings außerhalb dieses Akzeptanzintervalls, wird das zerstörungsfreie Messverfahren kalibriert oder justiert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als physikalische Eigenschaft eine Schichtdicke der Materialprobe anhand der tomografischen Daten bestimmt und mit dem zu kalibrierenden zerstörungsfreien Messverfahren gemessen wird. Die physikalische Eigenschaft, für die mit beiden Verfahren jeweils ein Wert festgestellt wird, nämlich der erste Wert und der zweite Wert, ist in diesem Fall also eine Schichtdicke der Materialprobe oder eine Schichtdicke an der Materialprobe. Insbesondere kann es sich um eine Schichtdicke einer metallischen Schicht handeln, mit welcher die Materialprobe beschichtet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Materialprobe zumindest ein Teil einer mit einer metallischen Schicht beschichteten Zylinderlaufbahn oder ein entsprechend ausgebildeter und beschichteter Versuchsträger, zum Beispiel ein Rohr mit entsprechender Höhe und entsprechendem Durchmesser, verwendet wird. Die Zylinderlaufbahn oder der Versuchsträger werden bevorzugt in einzelne Materialproben zerteilt, wodurch eine ausreichend hohe Vergrößerung des tomographischen Verfahrens gewährleistet werden kann. Außerdem ist es möglich, die Zylinderlaufbahn oder den Versuchsträger lokal verschieden – insbesondere mit lokal variabler Schichtdicke – zu beschichten und anschließend einzelne Materialproben mit jeweils verschiedener Beschichtung – insbesondere verschiedener Schichtdicke – zu erhalten. Diese Materialproben können für eine Vielzahl von Kurbelgehäusen derselben Bauart als Kalibrierstücke verwendet werden. Die metallische Schicht ist bevorzugt durch thermisches Spritzen, besonders bevorzugt durch Lichtbogendrahtspritzen, auf die Zylinderlaufbahn oder den Versuchsträger aufgebracht. Die Materialprobe wird im Rahmen des Verfahrens nicht zerstört, sodass sie nach Beendigung des Verfahrens weiterverwendet werden kann, wobei sie insbesondere als Kalibrierstück oder zur Prüfmittelüberwachung aufbewahrt werden kann. Die Materialprobe kann dann immer wieder zum Kalibrieren neuer Messgeräte, zum Nachkalibrieren ursprünglich bereits mit der Materialprobe kalibrierter Messgeräte und auch zur Prüfmittelüberwachung von Messgeräten verwendet werden, wobei die Messgeräte eingerichtet sind zur Durchführung des zerstörungsfreien Messverfahrens.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als tomografisches Verfahren ein Computertomografie-Verfahren verwendet wird. Ein solches Verfahren eignet sich in besonderer Weise zur Aufnahme sehr vieler Messpunkte, insbesondere auch zur Ermittlung von Volumendaten der Materialprobe, wobei die hohe Zahl der in die Messung einfließenden Messpunkte, die auch als Voxel bezeichnet werden, eine Mittelung liefert, die eine sehr hohe Wiederhol- und Reproduzierbarkeit und eine äußerst geringe Streuung aufweist.
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Besonders bevorzugt wird als tomografisches Verfahren ein Röntgen-Computertomografie-Verfahren angewendet. Hierbei kann mit sehr hoher Genauigkeit das gesamte Volumen der Materialprobe erfasst und zur Auswertung herangezogen werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtdicke aus den tomografischen Daten über geometrische Maße bestimmt wird. Mithilfe des tomografischen Verfahrens werden geometrische Maße erfasst, die zur Bestimmung der Schichtdicke verwendet werden können. Dies stellt eine ebenso genaue wie reproduzierbare Vorgehensweise zur Bestimmung der Schichtdicke dar.
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Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt eine Materialdicke anhand der tomografischen Daten auf Basis einer Materialmenge und einer Probengeometrie der Materialprobe ermittelt. Dabei kann insbesondere die Materialmenge durch die beschichtete Oberfläche dividiert werden, um eine mittlere Materialdicke zu erhalten. Die Materialmenge und die Probengeometrie können direkt an der Probe gemessen oder auch aus den tomografischen Daten ermittelt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, dass als zu kalibrierendes zerstörungsfreies Messverfahren ein taktiles oder berührungsloses Verfahren, insbesondere ein magnetisches Verfahren, ein magnetisch-induktives Verfahren, ein Wirbelstrom-Verfahren, ein Thermographie-basiertes Verfahren oder ein Ultraschall-Verfahren verwendet wird. Solche Messverfahren eignen sich in besonderer Weise zur Messung von Schichtdicken metallischer Beschichtungen von Zylinderlaufbahnen und können hierzu in Serie eingesetzt werden. Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, solche Messverfahren und insbesondere magnetisch-induktive Messgeräte zur Durchführung dieser Messverfahren mit hoher Genauigkeit zu kalibrieren.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Kalibrieren eines zerstörungsfreien Messverfahrens zur Schichtdickenmessung nach Art eines Flussdiagramms.
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Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird in einem ersten Schritt S1 ein tomografisches Verfahren auf eine Materialprobe angewendet, und es werden tomografische Daten aus dem tomografischen Verfahren erhalten.
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In einem zweiten Schritt S2 wird ein erster Wert einer physikalischen Eigenschaft der Materialprobe anhand der tomografischen Daten bestimmt.
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In einem dritten Schritt S3 wird ein zweiter Wert derselben physikalischen Eigenschaft mit wenigstens einem zu kalibrierenden zerstörungsfreien Messverfahren bestimmt, und in einem vierten Schritt S4 werden der erste Wert und der zweite Wert verglichen.
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Schließlich wird in einem fünften Schritt S5 das wenigstens eine zu kalibrierende zerstörungsfreie Messverfahren mittels des Vergleichs des ersten Werts mit dem zweiten Wert kalibriert.
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Als Materialprobe wird dabei bevorzugt zumindest ein Teil einer mit einer metallischen Schicht, vorzugsweise durch thermisches Spritzen, besonders bevorzugt durch Lichtbogendrahtspritzen, beschichteten Zylinderlaufbahn verwendet. Als physikalische Eigenschaft der Materialprobe wird bevorzugt eine Schichtdicke dieser metallischen Schicht verwendet, wobei diese Schichtdicke zum einen anhand der tomografischen Daten bestimmt und zum anderen mit dem wenigstens einen zu kalibrierenden zerstörungsfreien Messverfahren gemessen wird.
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Als tomografisches Verfahren wird dabei bevorzugt ein Röntgen-Computertomografie-Verfahren verwendet.
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Die Schichtdicke kann aus den tomografischen Daten über geometrische Maße bestimmt werden.
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Als zu kalibrierendes zerstörungsfreies Messverfahren wird bevorzugt ein taktiles oder berührungsloses Verfahren, insbesondere ein magnetisches Verfahren, ein magnetisch-induktives Verfahren, ein Wirbelstrom-Verfahren, ein Thermographie-basiertes Verfahren oder ein Ultraschall-Verfahren verwendet.
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Insgesamt zeigt sich, dass mittels des hier vorgeschlagenen Verfahrens eine hochexakte Referenzierung für die Kalibrierung erhalten werden kann, wobei die Materialprobe nicht zerstört wird, sondern vielmehr wiederverwendet werden kann. Im Vergleich insbesondere zu zerstörenden Kalibrationsverfahren ergibt sich ein deutlich reduzierter Zeit- und Kostenaufwand.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006042446 A1 [0002]
