DE102018130090B4

DE102018130090B4 - Verfahren zur Bestimmung von Mikrostrukturvariationen in einer Probe und Analysevorrichtung

Info

Publication number: DE102018130090B4
Application number: DE102018130090.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Stegemann; Matthias Pelkner; Marc Kreutzbruck
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: DE102018130090A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Mikrostrukturvariationen in einer Probe, aufweisend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Probe (100);
- Festlegen eines magnetischen Soll-Arbeitspunktes für alle Messpositionen an der Probe (100);
- Erzeugen eines statischen Magnetfeldes in der Probe (100) mit einer steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung (10);
- Bestimmen der Tangentialfeldkomponente des statischen Magnetfeldes (Ist-Arbeitspunkt) an einer Messposition an der Probe (100) mit einer Sensorvorrichtung (20);
- Steuern der Anregungsvorrichtung (10), sodass die bestimmte Tangentialfeldkomponente des statischen Magnetfeldes (Ist-Arbeitspunkt) an den magnetischen Soll-Arbeitspunkt angeglichen wird;
- Bewegen der Messposition auf der Probe (100);
- Ermitteln von Mikrostrukturvariationen in Abhängigkeit von der Messposition durch das bestimmte statische Magnetfeld, insbesondere durch Variationen der Normalkomponente des bestimmten statischen Magnetfeldes und/oder durch einen Parameter der steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung (10).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Mikrostrukturvariationen in einer Probe durch Messungen von Magnetfeldern. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Analysevorrichtung zur Bereitstellung eines magnetischen Zustandes, der die Bestimmung der Mikrostrukturvariationen ermöglicht.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind die klassische Streuflussprüfung oder die Magnetpulverprüfung bekannt. Dabei wird in einer Probe durch ein starkes externes Magnetfeld eine hohe Magnetisierung erzeugt. Durch die hohe Feldanregung werden Permeabilitätsunterschiede des Materials der Probe gezielt ausgeglichen, sodass lokale magnetische Streufelder insbesondere an Fehlstellen mit geometrischer Trennung des Werkstoffgefüges (z.B. an Rissen, Hohlräumen) erzwungen werden. Diese Fehlstellen können so optimal bestimmt werden.
Durch den absichtlichen Permeabilitätsangleich ist diese Verfahrensweise jedoch zur Bestimmung von Spannungsgradienten oder inhomogenen Dehnungen und lokalen Änderungen des Werkstoffgefüges ungeeignet.
Die Patentanmeldung EP 1 308 721 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Detektieren von magnetischen Eigenschaften einer metallischen Probe. Die Patentanmeldung WO 2019/ 094 171 A1 beschreibt ein zerstörungsfreies Verfahren zur Untersuchung von Stahl. Ebenfalls mit diesem Thema beschäftigt sich die Veröffentlichung „Entwicklung, Untersuchung und Anwendung von GMR-Sensorarrays für die Zerstörungsfreie Prüfung von ferromagnetischen Bauteilen“, Pelkner, 2014.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, das beziehungsweise die lokale Mikrostrukturvariationen in einer Probe ermittelt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Unteransprüche stellen typische Variationen des Verfahrens beziehungsweise der Vorrichtung dar. Das Verfahren ist insbesondere ortsaufgelöst, sodass sich die flächige Verteilung von Mikrostrukturvariationen im oberflächennahen Bereich einer Probe ermitteln lässt. Vorzugsweise ist das Verfahren ein zerstörungsfreies Verfahren.
Es wird ein Verfahren zur Bestimmung von Mikrostrukturvariationen in einer Probe vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen einer Probe; Festlegen eines bestimmten magnetischen Tangentialfeldes für jede Messposition an der Probenoberfläche (Soll-Arbeitspunkt); Erzeugen eines statischen Magnetfeldes in der Probe mit einer steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung; Bestimmen des statischen Tangentialfeldes an einer Messposition an der Probe mit einer Sensorvorrichtung; Steuern der Anregungsvorrichtung, sodass das bestimmte statische Magnetfeld (Ist-Arbeitspunkt) an den zuvor festgelegten magnetischen (Soll-)Arbeitspunkt angeglichen wird; Bewegen der Messposition auf der Probe; Ermitteln von Mikrostrukturvariationen in Abhängigkeit von der Messposition durch das bestimmte statische Magnetfeld und/oder durch einen Parameter der steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung. Insbesondere werden die Schritte des Bewegens der Messposition auf der Probe und des Angleichens des bestimmten statischen Magnetfeldes an der Messposition in mehreren Zyklen wiederholt, sodass die Probe punktweise und/oder kontinuierlich abgefahren wird. Insbesondere kann das Steuern der Anregungsvorrichtung ein Regeln sein bzw. es entsteht ein Steuer-Regel-Kreislauf mit der Anregungsvorrichtung und der Sensorvorrichtung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Bestimmung von Mikrostrukturänderungen von ferromagnetischen Proben. Der Begriff Mikrostruktur umfasst die Eigenschaft eines Materials hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, der räumlichen Anordnung der Atome, deren makroskopische Ausprägung in Art, Form, Größe, Verteilung und Orientierung manchmal als Gefüge identifiziert wird. Die allotrope Beschaffenheit zum Beispiel von Baustahl ist im Wesentlichen auf die räumlichen Schwankungen der Atomabstände von denen des idealen Gitters zurückzuführen. Da der Gitterabstand der Atome ebenfalls der wesentliche Träger des Magnetismus ist, hat die Mikrostruktur eine inhärente Wirkung auf die magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Materialien, die sich beispielsweise durch unterschiedliches Hystereseverhalten bemerkbar macht (1).
Die bekannten magnetischen Parameter der Sättigungshysterese wie Koerzitivfeldstärke Hc, relative Permeabilität µ_r und ferromagnetische Hystereseverluste zeigen sich hochempfindlich auf Änderungen der Mikrostruktur während andere, wie die Sättigungsmagnetisierung M_s, nur langsam, beispielsweise, mit der chemischen Zusammensetzung, variieren und sich weniger empfindlich gegenüber Herstellungsart und Wärmebehandlung zeigen. Die genannten magnetischen Parameter werden üblicherweise so bestimmt, dass die Materialeigenschaft homogen als eigenständige Probe vorliegt und messtechnisch oder rechnerisch der Geometrieeinfluss der Proben negiert ist. Die relative Permeabilität µ_r legt als das Verhältnis der Induktion B und der Feldstärke H bezogen auf die magnetische Feldkonstante µ₀ die intrinsischen Materialeigenschaften (ohne Probengeometrie) offen. Permeabilitätsunterschiede von Proben mit verschiedener Mikrostruktur sind insbesondere bei quasistatischen und kleinen internen Magnetfeldern bemerkbar, da sie bei hohen Feldstärken verschwinden (2).
Die herkömmliche Magnetpulverprüfung und die Streuflussprüfung nutzt diesen Angleich, bzw. die Homogenisierung des internen Magnetfeldes zur Rissdetektion, bei der im Material durch externe Feldanregung ein möglichst starkes, homogenes Magnetfeld erzeugt wird. Insbesondere Risse und geometrische Fehlstellen lösen dann, durch eine Divergenz der Magnetisierung zwischen dem Material und der Fehlstelle (Luft), eine lokale Überhöhung von sogenannten magnetischen Streufeldern aus.
Während zur magnetischen Charakterisierung von Materialien mittels Hysteresemessungen der Geometrieeinfluss der Proben messtechnisch vermieden oder herausgerechnet wird, verhalten sich demgegenüber nahezu alle endlichen ferromagnetischen Körper wie (schwache) Dauermagnete. Dies bedeutet, dass abhängig von seiner Magnetisierung innerhalb des Körpers sogenannte Entmagnetisierungsfelder entstehen. Diese Felder stehen der Magnetisierungsrichtung entgegen und sind nicht nur geometrie- sondern auch noch ortsabhängig. In der Dauermagnetkunde wird, um die Orts- und Geometrieabhängigkeit des magnetischen Ist-Zustands eines Objektes zu kennzeichnen, sein magnetischer Zustand mit Arbeitspunkt bezeichnet. Feldstärke H und Flussdichte B definieren den lokalen magnetischen Arbeitspunkt eines Körpers.
Ohne externe Feldanregung liegt der Arbeitspunkt eines endlichen Körpers immer auf einer Geraden im zweiten Quadranten der magnetischen Hystereskurve, die den Ursprung unter einem geometrieabhängigen Winkel verlässt. Die genaue Position des lokalen Arbeitspunktes (Ist-Wert) des Körpers ist dann von der magnetischen Vorgeschichte des Objektes abhängig. Ist entweder die Feldstärke H oder die Flussdichte B bekannt, lässt sich die jeweils andere Größe aus der Geometrie des Körpers berechnen.
Existieren nun beispielsweise die in 1 und 2 gezeigten zwei Materialzustände A und B nicht getrennt voneinander sondern innerhalb derselben Probe nebeneinander, aber örtlich getrennt, entstehen bei einer großen Differenz der relativen Permeabilität an den Grenzflächen der beiden Materialzustände lokale magnetische Streufelder. Ein hoher Kontrast bei einer Messung dieser Streufelder, und damit ein besseres Messergebnis, wird erzielt, wenn die feldstärkenabhängige Permeabilitätsdifferenz zwischen den Materialzuständen sich möglichst nah an einem Maximum befindet. Insbesondere heißt „möglichst nah“, dass der magnetische Soll-Arbeitspunkt innerhalb des Halbwertsbreiten - Intervalls um das Maximum der feldstärkenabhängige Permeabilität gewählt ist (Full Width at Half Maximum). Sofern der Zustand nicht zufällig auftritt, muss der Ist-Arbeitspunkt der Probe mittels externer Felder an diesen optimalen Zustand, dem Soll-Arbeitspunkt, angeglichen werden. Eine möglichst hohe Divergenz der Magnetisierung, zum Beispiel mindestens 500 A/m oder mindestens 1 kA/m, zwischen Zustand A und B wird erzielt, wenn die interne Feldstärke Hint sich zwischen den geometrieunabhänigen Koerzitivfeldstärken H_CA und H_CB der Materialzustände A und B befindet: |H_CA|<|H_int|<|H_CB|.
Die gezielte Einstellung des lokalen magnetischen Ist-Arbeitspunktes mittels statischer Anregung auf eine bestimmte, kleine interne magnetische Tangentialfeldstärke (Soll-Arbeitspunkt) ermöglicht, magnetisch sensitive Mikrostrukturunterschiede mindestens teilweise ferromagnetischer Materialien mittels empfindlicher Magnetfeldsensorik zu ermitteln.
Mit der externen Anregung der Proben durch quasistatische Felder können außerdem Schwankungen der Magnetisierung, die einzig auf Remanenzeffekte (magnetische Vorgeschichte) zurückgehen, aber keine mikrostrukturellen Ursachen haben, ausgeglichen werden. Bei einer rein passiven Streufeldmessung würden diese Remanenzfelder als Falschanzeigen das Messergebnis beeinflussen. Zudem erlaubt eine quasistatische Anregung im Vergleich zu (hochfrequenten) Wechselfeldern höhere Eindringtiefen des Magnetfeldes in das Objekt (Skin-Effekt).
Mikrostrukturänderungen, die mit diesem Verfahren detektiert werden können, sind wie hohe mechanische Spannungsgradienten, inhomogene Dehnungen, Härteänderung, plastische Verformungen, Einschlüsse, Ausscheidungen Korngrößenvariation, Phasenänderung oder ein Netz von Mikrorissen, wenn diese unterschiedliche magnetische Hysteresekurven und insbesondere unterschiedliche Koerzitivfeldstärken zeigen. Unter Koerzitivfeldstärken wird hier immer der Wert der Sättigungskurve verstanden. Vorzugsweise sollten die unterschiedlichen Materialeigenschaften heterogen verteilt sein, oder mindestens eine Materialeigenschaft möglichst homogen vorliegen (Phase), und eine möglichst scharfe Grenzfläche zur Eigenschaftsänderung im Messbereich aufweisen.
Das Verfahren ist beispielsweise eine Verfahren zur Detektion von ausgeprägten Spannungsgradienten und/oder inhomogene Dehnungen in Metallen insbesondere, wenn eine Änderung nahe der Objektoberfläche erscheint und sich vorzugsweise auch in die Tiefe ausbreitet.
Bei dem Verfahren wird die Tangentialfeldkomponente der magnetischen Feldstärke H „an der Probe“, also insbesondere nahe an der Probenoberfläche bestimmt, da diese Feldrichtung üblicherweise auch bei Ermittlung von magnetischen Hysteresekurven aufgezeichnet wird. Der Übergang zwischen „in der Probe“ und „an der Probe“ stellt einen Grenzflächenübergang zwischen Probe und dem umgebenden Medium, typischerweise Luft, dar. Es gilt die Grenzflächenbedingung der Elektrodynamik, die besagt, dass die Tangentialkomponente des H-Feldes an einer Grenzfläche stetig ist. Diese Stetigkeit gilt nicht für die Tangentialkomponente des B-Feldes, also das Tangentialfeld zur Probenoberfläche. Hier ist die Normalkomponente des B-Feldes stetig. Dennoch kann bei dem Verfahren der Wert der Feldstärke oder der Flussdichte gewählt werden, da gemäß einer typischen Ausführungsform sich die Probenoberfläche an Luft oder einem anderen Medium, das im Wesentlichen keine richtungsabhängige Permeabilität aufweist, befindet. Die Feldstärke und die Flussdichte an der Probe unterscheiden sich in solchen Medien lediglich durch den Faktor magnetische Feldkonstante µ₀. In der Probe jedoch unterscheiden sich Feldstärke und die Flussdichte durch die Anisotropie magnetischer Felder.
Das gesamte Magnetfeld in einer Probe setzt sich zusammen aus dem bereits ohne externe Anregung vorhandenen Feldern der Probe selbst, und extern erzeugten Magnetfeldern. Bei dem Verfahren hat das probeneigne Magnetfeld einen wichtigen Einfluss, da mitunter nur eine sehr schwache externe Anregung benötigt wird um den gewünschten Soll-Arbeitspunkt zu erreichen.
Ein Magnetfeld tritt als Streufeld aus der Probenoberfläche heraus, wenn eine Divergenz der Magnetisierung, mithin Feldstärke oder Flussdichtevariationen, vorliegen. Lokale Variationen auf der Probenoberfläche sind insbesondere bei vergleichsweise geringem internem Magnetfeld messbar, da lokale Magnetfeldvariationen durch ein starkes anregendes Magnetfeld angeglichen werden. Die magnetischen Domänen aller Materialzustände einer Probe werden in Richtung des externen Feldes gezwungen bis die Magnetisierung der Probe sich dem Materialkennwert der Sättigungsmagnetisierung Ms annähert. Liegt eine Probe vollständig entmagnetisiert vor, werden markante Streufeldvariationen ebenfalls ausbleiben, da die magnetischen Domänen aller beteiligten Materialbereiche statistisch verteilt sind.
Physikalisch wird in dem hierin beschriebenen Verfahren in dem Probenbereich dessen Mikrostruktur/Eigenschaft/Phase die geringere Koerzitivfeldstärke zeigt durch eine ausreichend starke Feldanregung möglichst vieler magnetischer Domänen ausgerichtet. Gleichzeitig darf die Anregung allerdings die stärker festgesetzten (engl. pinning) Domänen des Probenbereichs mit der höheren Koerzitivfeldstärke nicht, oder sehr viel weniger, beeinflussen. So wird zwischen beiden Materialeigenschaften die Divergenz in der Magnetisierung erhöht, die sich dann in einem lokalen Streufeld äußert und welches wiederum zur Detektion der Materialbereiche verwendet wird. Durch eine weitere Steigerung der externen Anregung, würden die Domänen des Materialbereichs mit der höheren Koerzitivfeldstärke diesen quasistatischen magnetischen Zustand mit markanten Barkhausensprüngen homogenisieren. Die Divergenz der Magnetisierung nimmt lokal ab, obwohl die Magnetisierung der Probe zunimmt, da die magnetischen Domänen beider Materialbereiche dominant in Anregungsrichtung zeigen.
Sofern die Hysteresekurven der beteiligten Materialzustände (Mikrostrukturen) der Probe bekannt sind, wird gemäß einem Aspekt, für den magnetischen Soll-Arbeitspunkt der Tangentialfeldstärke Hint, ein Wert oberhalb der Betragsmäßig kleinsten Koerzitivfeldstärke der beteiligten Materialzustände (Mikrostrukturen) gewählt: |H_min|<|H_int|<|H_max|.
Die betragsmäßig größere Koerzitivfeldstärke sollte nicht überschritten werden. Sind Koerzitivfeldstärken der verschiedenen Materialeigenheiten nicht exakt bekannt, wird gemäß einem Aspekt eine geringe interne Feldstärke nach Erfahrungswerten abgeschätzt. Eine geringe Feldstärke bedeutet insbesondere, dass im Vergleich zu klassischen Streuflussprüfung, die bei Anregungen von über 1,5 oder 2 kA/m durchgeführt wird, deutlich geringere interne magnetische Feldstärken Hint beispielsweise im Bereich oberhalb von 0 A/m bis maximal 1,0 kA/m als Soll-Arbeitspunkt verwendet wird. Bei der Magnetpulverprüfung wird nach DIN EN ISO 9934-1:2002-03 beispielsweise die Flussdichte B > 1 T, bzw. H > 2 kA/m zur Prüfung festgelegt, weil so lokale Permeabilitätsunterschiede gezielt ausgeglichen und überdeckt werden, um gleichzeitig höchstmögliche lokale magnetische Streufelder insbesondere an geometrischen Fehlstellen (z.B. Rissen, Hohlräumen) zu erzwingen.
Der Soll-Arbeitspunkt befindet sich bei diesen herkömmlichen magnetischen Prüfarten in beziehungsweise so nah wie möglich an der Sättigungsmagnetisierung der Probe. Feine Permeabilitätsunterschiede sind in Absicht ausgeglichen oder treten bei Messungen durch geringere Streufeldamplituden in den Hintergrund. Gerade diese feinen Permeabilitätsunterschiede, sofern sie auf Mikrostrukturvariationen des Probenwerkstoffes beruhen, werden mit dem hierin vorgestellten Ansatz maximiert. Als weiterer Unterschied wird bei klassischen Streuflussverfahren das anregende Magnetfeld auch nicht in Abhängigkeit von der Position der Probe variiert. Ein Steuern oder Regeln der Anregungsvorrichtung, mit dem das interne Magnetfeld an den Soll-Arbeitspunkt angeglichen wird, um beispielsweise Geometrieeinflüsse zu minimieren, findet bei diesen nicht statt. Ziel der herkömmlichen Verfahren ist das Probenmaterial mit hohen Feldstärken in Anregungsrichtung zu fluten und die gegebenenfalls Anregungsrichtung zu variieren.
Das hierin beschrieben Verfahren umfasst weiter das Bewegen des Messpunktes auf der Probe. Der Messpunkt wird gemäß einer Ausführungsform durch die Position der Sensorvorrichtung an der Probenoberfläche definiert.
Zum Bewegen des Messpunktes kann die Probe relativ zur Sensorvorrichtung bewegt werden oder vice versa. Typischerweise ist die magnetische Anregungsvorrichtung relativ zur Probe in einer fixierten Position, kann jedoch auch bewegt werden, insbesondere wenn sich die Sensorvorrichtung relativ Probe bewegt.
Der lokale Ist-Arbeitspunkt der Probe ohne Anregung, damit die interne Feldstärke ist von der Messposition an der Probe abhängig. Der bestimmte magnetische Soll-Arbeitspunkte an einer Messposition der Probe wird im besten Fall nach den magnetischen Materialkennwerten festgelegt und ist unabhängig von der Messposition. Die externe Feldanregung, die zum Einstellen dieses magnetischen Arbeitspunktes an der Messposition nötig ist, ist demgegenüber von der Probengeometrie und von der Messposition an der Probe abhängig. Solche lokalen Schwankungen des Magnetfeldes, die nicht durch Mikrostrukturvariationen verursacht werden, werden durch das Verfahren gemäß einem Aspekt eliminiert.
Gemäß einem Aspekt liegt der bevorzugte magnetische Arbeitspunkt einer Probe an allen Messpositionen oberhalb der Koerzitivfeldstärke der einen Materialeigenschaft (Mikrostruktur/Gefüge/Phase A) der Probe und unterhalb der Koerzitivfeldstärke der hiervon abweichenden Materialeigenschaft (Mikrostruktur/Gefüge/Phase B).
Typische Werte der Koerzitivfeldstärke für Eisen oder Elektroblech nach DIN EN 10106 (2007) sind 200 A/m. Gemäß einer Ausführungsform wird der magnetische Arbeitspunkt oberhalb der Koerzitivfeldstärke der Sättigungshysterese aber unterhalb des 2-fachen der Koerzitivfeldstärke der Sättigungshysterese festgelegt, also in diesem Beispiel oberhalb von 200 A/m und unterhalb von 400 A/m. Wird das Eisen beispielsweise durch Verspannung oder durch Verformung verändert, so entstehen Spannungsgradienten und/oder inhomogene Dehnungen in dem Metall. Die Koerzitivfeldstärke kann durch solche Materialveränderungen dann beispielsweise auf 1 kA/m ansteigen.
Wenn die zu untersuchenden magnetischen Eigenschaften des Probenwerkstoff unbekannt sind, wir gemäß einem Aspekt der magnetische Arbeitspunkt an einer Messposition an der Probe unterhalb des 2-fachen der Koerzitivfeldstärke des Ausgangsmaterials der Probe festgelegt und/oder der magnetische Arbeitspunkt wird zwischen 0 und 1,5 kA/m, insbesondere zwischen 0 und 1 kA/m, und bevorzugt zwischen 0 A/m und 500 A/m.
Für den magnetischen Arbeitspunkt kann auch der Wert 0 A/m genommen werden, beispielsweise wenn es für die zu prüfende Materialeigenschaft zweckmäßig ist, oder wenn die Probe an der Oberfläche bereits ohne Anregung Tangentialfelder oberhalb der üblichen Koerzitivfeldstärke des Materials erzeugt, bzw. wenn die Probe ein Dauermagnet, oder die Probe zuvor in Absicht magnetisiert wurde. Die Anregungsvorrichtung erzeugt gemäß diesem Aspekt dann ein entgegengesetztes Feld um das geometriebedingte Entmagnetisierungsfeld der Probe zu eliminieren und damit die Probe in Remanenz zu zwingen (H_int=0, allerdings B_int≠0).
Mit der Sensorvorrichtung wird das Magnetfeld, insbesondere die Tangentialkomponente der Feldstärke in Anregungsrichtung, an einer Messposition an der Probe bestimmt. Die Anregungsvorrichtung wird dann so gesteuert, dass die Tangentialkomponente des bestimmten statischen Magnetfeldes an den magnetischen Soll-Arbeitspunkt angeglichen wird. Insbesondere können die Bestimmung und das Angleichen schrittweise und/oder kontinuierlich und/oder gleichzeitig ablaufen. Als Messwert können ein Parameter der steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung und/oder das bestimmte statische Magnetfeld genutzt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird bevorzugt der Wert der Normalkomponente der nach dem Angleichen der Tangentialkomponente auf den Sollwert gemessen wird, zu Analyse zu verwenden. Durch den Angleich der Tangentialkomponente der Feldstärke an jeder Messposition auf den gleichen festgelegten Soll-Wert, werden hohe Änderungen der Flussdichte B erzeugt, die zu Streufeldern führen.
Das Ermitteln von Mikrostrukturvariationen wird durch die Messung an mehreren Messpunkten ermöglicht. Die Messwerte können beispielsweise in Abhängigkeit vom Messpunkt ausgewertet werden. Insbesondere kann eine Darstellung der Messwerte als Verteilung auf der Probenoberfläche dargestellt werden. Die Visualisierung der Messdaten ist vorteilhaft.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Steuern der Anregungsvorrichtung in einem Regelprozess mit dem durch die Sensorvorrichtung bestimmten der Tangentialkomponente des Magnetfeldes als Regelgröße. Die Stellgröße kann insbesondere eine Stromstärke durch einen Elektromagneten der Anregungsvorrichtung sein.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Bestimmen das Tangentialfeldes mit der Sensorvorrichtung und das Steuern der Anregungsvorrichtung auf mindestens 50 A/m, insbesondere auf mindestens 20 A/m, genau. Beispielsweise wird die Anregungsvorrichtung elektromagnetisch durch einen steuerbaren Strom gesteuert. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise auf dem Prinzip des GMR-Effekts beruhen und ist daher für diese empfindlichen Änderungen verwendbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist die steuerbare magnetische Anregungsvorrichtung bipolar steuerbar. Sie kann also ein Magnetfeld in mindestens zwei entgegengesetzte Richtungen erzeugen. Vorteilhaft kann dadurch immer der Soll-Arbeitspunkt gefunden werden, wenn die Probe in eine zufällige Ausrichtung relativ zur Anregungsvorrichtung platziert ist und der Ist-Arbeitspunkt zu hohe oder zu niedrige Feldstärken aufweist. Beispielsweise ist die Anregungsvorrichtung ein Elektromagnet, bei dem die Stromrichtung umkehrbar ist. Alternativ kann eine Probe um 180° relativ zur Anregungsvorrichtung gedreht werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird der magnetische Arbeitspunkt im gemessenen Tangentialfeld zur Probenoberfläche festgelegt. Die Sensorvorrichtung bestimmt mindestens die Tangentialkomponente des magnetischen Feldes (H oder B), kann aber auch zusätzlich das Normalfeld messen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen des statischen Magnetfeldes an der Probe das Bestimmen des Tangentialfeldes und das Bestimmen des Normalfeldes an der Probenoberfläche. An der Probenoberfläche meint insbesondere oberhalb und außerhalb der Probe.
Es wird weiterhin eine Mikrostrukturanalysevorrichtung vorgeschlagen, aufweisend eine magnetische Anregungsvorrichtung zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes in einer Probe, eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen magnetischer Felder an einer Messposition an einer Probe, wobei die Anregungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Messposition der Sensorvorrichtung an der Probe steuerbar ist und die Mikrostrukturanalysevorrichtung eingerichtet ist, das hierin Verfahren durchzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Sensorvorrichtung eingerichtet, mindestens zwei Raumkomponenten des Magnetfeldes, insbesondere alle drei Raumkomponenten des Magnetfeldes zu bestimmen. Die Sensorvorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, das Magnetfeld derart an mehreren Messpositionen zu bestimmen, dass der Gradient der Normalkomponente des magnetischen Feldes an der Probe bestimmbar ist. Eine solche Sensorkonfiguration ist als Gradiometer bekannt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Mikrostrukturanalysevorrichtung weiterhin eine Führungsvorrichtung auf, die eingerichtet ist, die Sensorvorrichtung relativ zur Probe zu bewegen und/oder die Probe relativ zur Sensorvorrichtung zu bewegen.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind nicht notwendiger Weise maßstabsgetreu. Vielmehr soll die Funktionsweise der Erfindung schematisch dargestellt werden. Die Figuren zeigen in:

1 einen typischen Verlauf der magnetischen Polarisation in Abhängigkeit von der Feldstärke von zwei Proben mit unterschiedlicher Mikrostruktur,
2 einen typischen Verlauf der relativen Permeabilität in Abhängigkeit von der Feldstärke der Proben aus 1, und
3 bis 8 mehrere Ausführungsformen einer Mikrostrukturanalysevorrichtung mit der Ausführungsformen des oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden können.

Die 1 zeigt einen typischen Verlauf der magnetischen Polarisation in Abhängigkeit von der Feldstärke von zwei Proben, auch bekannt als Hysterese-Kurve. Die magnetischen Polarisation J ist die Differenz zwischen magnetischer Flussdichte B mit Materie und der magnetischen Flussdichte B₀ im Vakuum die bei gleicher magnetischer Feldstärke H erscheint.
Die beiden Hysteresekurven sind Kurven eines ferromagnetischen Baustahls vor (A) und nach (B) plastischer Deformation. Die Eigenschaften der ballistischen Hysteresen, wie Koerzitivfeldstärke Hc, Permeabilität µ_r und ferromagnetische Hystereseverluste zeigen sind empfindlich auf die durch die Deformation hervorgerufenen Änderungen der Werkstoffeigenschaften, die Sättigungsmagnetisierung (M_s) beider Zustände ist demgegenüber nahezu gleich. Im Material bilden die Versetzungen der plastischen Zone inhomogenen Mikrodehnungen, Barrieren, die verhindern, dass magnetische Domänenwände sich frei innerhalb des Materials bewegen können. Bei einer externen Anregung ist dadurch die Polarisation des Materials gehemmt und die Sättigungsmagnetisierung wird erst mit höheren Feldstärken erreicht. Die verminderte Beweglichkeit der Domänenwände entspricht einer höheren Koerzitivfeldstärke. Dies ist am Beispiel eines plastisch verformten Baustahl in den 1 und 2 jeweils mit den Kurven A und B dargestellt. Sie zeigen, dass bei kleinen Feldern, sichtbar im markierten Bereich in der 2, ein hoher Permeabilitätsunterschied zwischen Ausgangsmaterial A und verformten Material B entsteht. Bei großer externer Magnetfeldanregung, wie sie beispielsweise bei der klassischen Streuflussprüfung verwendet wird, verschwindet der Permeabilitätsunterschied und die Kurven nähern sich asymptotisch an. Beispielsweise liegt ein günstiger Arbeitspunkt für die Detektion der Eigenschaft B in einem Material mit der Eigenschaft A in dem grau hinterlegten Bereich bei einer Feldstärke um 300 A/m für die sich eine relative Permeabilitätsdifferenz von über 2000 findet.
An den Rändern des Diagramms beispielsweise ab 2 kA/m findet die klassische Streuflussprüfung statt. Die maximale relative Permeabilitätdifferenz der beiden Kurven A und B liegt in diesem Beispiel der 2 bei nur noch etwa 200 und damit bei einem Zehntel des Maximalwertes. Das Beispiel von inhomogenen Dehnungen lässt sich beispielsweise auf das Auftreten einer zweiten Phase, Verunreinigungen, hohe mechanische Spannungsgradienten, (etc.) mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften erweitern. Eine rein zahlenmäßige Erhöhung dieser Inhomogenitäten in einem Materialvolumen führt ebenfalls zu einer lokalen Änderung der Permeabilität und Koerzitivfeldstärke.
Nachfolgend wird ein Beispiel des Ablaufs des Verfahrens beschrieben.
Eine Analysevorrichtung 1 wie in einer der 3 bis 8 wird bereitgestellt. Die Analysevorrichtung 1 weist eine Anregungsvorrichtung 10 und eine Sensorvorrichtung 20 auf. Auf die Details unterschiedlicher Ausführungsformen wird später eingegangen. Die Analysevorrichtung 1 kann weiterhin eine Führungsvorrichtung, insbesondere mit einem Ortsencoder, zum Bewegen der Probe 100 relativ zur Sensorvorrichtung 20 oder vice versa aufweisen. Weiterhin kann die Analysevorrichtung 10 ein Regelsystem zum Steuern der Anregungsvorrichtung 10 in einem Regelprozess mit dem durch die Sensorvorrichtung 20 bestimmten Magnetfeld als Regelgröße umfassen.
Die Analysevorrichtung 1 kann weiterhin eine bipolare Stromquelle 11 für die Anregungsvorrichtung 10 umfassen, die ein statisches Magnetfeld erzeugen kann.
Eine Datenerfassungsvorrichtung kann den Messwert, beispielsweise die Stromstärke durch die Stromquelle 11 sowie den Ort einer Messposition, insbesondere gegeben durch den Ortsencoder, speichern.
Eine Probe 100 wird bereitgestellt. Das Material der Probe 100 muss zumindest teilweise ferromagnetisch sein. Die Probe wird in der Analysevorrichtung 1 platziert, sodass die Sensorvorrichtung 20 eine Messposition an der Probe 100 definiert. Gemäß einem Aspekt muss sich die Sensorvorrichtung 20 sehr nah an der Probenoberfläche befinden, beispielsweise weniger als einen Zentimeter über der Probe 100, besser weniger als einen Millimeter. Bei Abstandwerten oberhalb von einem Millimeter muss die Abnahme der magnetischen Felder rechnerisch berücksichtigt werden. Die Sensorvorrichtung 20 ist so magnetisch sensitiv, dass beispielsweise Magnetfelder bis mindestens +/-800 A/m mit einer Genauigkeit von mindestens 20 A/m, insbesondere 10 A/m, und bevorzugt mindestens 5 A/m bestimmbar sind. Beispielsweise umfasst die Sensorvorrichtung 20 einen oder mehrere GMR-Sensoren, die zusätzlich vorteilhaft kostengünstig sind. Je feiner die Auflösung des Sensors, desto feiner sind Strukturveränderungen der Probe 100 messbar.
Die Sensorvorrichtung 20 kann gemäß einer Ausführungsform die 3 kartesischen Raumrichtungen des Magnetfeldes bestimmen, wobei eine Tangentialkomponente in Anregungsrichtung und die Normalkomponente ausreichend sind. Gemäß einer Ausführungsform kann die Sensorvorrichtung 20 mindestens die Tangentialfeldrichtung in Anregungsrichtung bestimmen, wenn die Stromstärke der Anregungsvorrichtung aufgezeichnet wird.
Die Messung der Tangentialkomponente ist zwingend erforderlich, da sich das interne Feld Hint zur Messung der Materialvariationen im Bereich des Soll-Arbeitspunktes nahe der Koerzitivfeldstärke einer Materialvariation befinden muss. Die zusätzliche Messung der Normalkomponente erleichtert die Detektion der Materialvariationen zusätzlich, da Materialvariationen sich häufig, wie bei der Defektevaluation mit der klassischen Streuflussprüfung, durch einen markanten Vorzeichenwechsel der Ortableitung der Normalkomponente auszeichnen.
Es wird ein magnetischer Soll-Arbeitspunkt für jede Messposition an der Probe 100 festgelegt, beispielsweise eine Tangentialfeldkomponente von H_int=200 A/m. Der einzustellende Wert liegt günstigerweise, wie oben beschrieben, etwas oberhalb der kleinsten (Sättigungs-)Koerzitivfeldstärke der beteiligten Materialausprägungen und/oder im Bereich der maximalen Permeabilität des Probenmaterials. Andernfalls sollten die internen Feldwerte Hint unterhalb von 1 kA/m liegen. Für bessere Messergebnisse kann dieser Wert dann iterativ angepasst werden.
Die Anregungsvorrichtung 10 umfasst beispielsweise einen Elektromagneten mit einer Spule und einer bipolaren Stromquelle. Es wird ein statisches Magnetfeld in einer Probe 100 mit der steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung 10 erzeugt. Das statische Magnetfeld ist insbesondere kein Wechselfeld. Eine oder mehrere Spulen der Anregungsvorrichtung 10 können mit regelbaren, insbesondere bipolaren, Stromquellen betrieben werden. Die so erzeugten Magnetfelder verändern den anfänglichen lokalen magnetischen Zustand (Ist-Arbeitspunkt) der Probe. Gemäß einer Ausführungsform ist die direkte Strom-Anregung des Probekörpers mit einer regelbaren bipolaren Stromquelle zweckmäßig sein, beispielsweise wenn in Umfangsrichtung zylindrischer Körper geprüft wird.
Danach wird schrittweise oder gleichzeitig das Magnetfeld an einer Messposition an der Probe 100 mit einer Sensorvorrichtung 20 bestimmt und die Anregungsvorrichtung 10 gesteuert, sodass das bestimmte statische Magnetfeld (Ist-Arbeitspunkt) an den zuvor festgelegten magnetischen Soll-Arbeitspunkt angeglichen wird. Insbesondere wird die Stromstärke der Spule so lange variiert, bis die Tangentialfeldrichtung an der Messposition der Sensorvorrichtung 20 den vordefinierten Soll-Arbeitspunkt mit Werten im Bereich der Koerzitivfeldstärke des Werkstoffes von beispielsweise H=200 A/m erreicht. Der genaue Feldwert hängt von der maximalen Permabiltätsdifferenz für die zu untersuchenden Materialeigenschaft ab.
Der Messwert, beispielsweise die Stromstärke der steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung 10, wird in Abhängigkeit von der Messposition gespeichert. Danach wird die Messposition auf der Probe 100 an eine neue Position bewegt.
Entlang einer oder mehrerer Messlinien werden die Messwerte der Sensorvorrichtung 20 und/oder der Anregungsvorrichtung 10 ortskodiert aufgezeichnet und protokolliert (klassische Datenerfassung).
Danach können Mikrostrukturvariationen in Abhängigkeit vom Messpunkt durch das bestimmte statische Magnetfeld und/oder durch einen Parameter der steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung 10 ermittelt werden. Die Datenauswertung kann z.B. nach klassischer Methodik der Streuflussmessung erfolgen.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird während der Messung der Spulenstrom so geregelt, dass stets der magnetische Ist-Arbeitspunkt an den Soll-Arbeitspunkt der Tangentialkomponente angeglichen wird. Das Steuern der Anregungsvorrichtung ist ein Regelprozess mit dem durch die Sensorvorrichtung 20 bestimmten Tangentialfeld als Regelgröße. Der ortsabhängige Ist-Spulenstrom ist dann das „Messsignal“ für die Materialeigenschaften, die Tangentialkomponente zur Oberfläche des Magnetfelds der Probe wird als Messglied der Regelstrecke verwendet, während der Sensor für die Materialeigenschaften sensitiv auf die Normalkomponente appliziert wird. Sensoren in Gradiometerkonfigurationen sind für die Normalkomponente zu bevorzugen.
Während der Messung wird die „Regelung“ des Spulenstroms nur in sehr engen Grenzen ausgeführt (Steuerung) oder ganz unterlassen. Die magnetische Anregung ist nach der initialen Einstellung auf den Soll-Arbeitspunkt konstant, nahezu konstant bzw. sprunghafte Änderungen werden nicht zugelassen. Das heißt die „Regelung“ des magnetischen Arbeitspunktes des Inspektionsobjektes entartet zu einer „Steuerung“. Der magnetische Sensor fungiert anfänglich als Messglied zur initialen Einstellung der magnetischen Anregung, dann Sensor für die Materialeigenschaften und muss initial sensitiv auf die Tangentialkomponente (bezüglich der Oberfläche des Inspektionsobjektes) sein. Auch für diese Konfiguration bietet es sich an einen zusätzlichen Sensor für die Materialeigenschaften sensitiv für die Normalkomponente des Magnetfeldes zu applizieren; hier sind wiederum Gradiometerkonfigurationen zu bevorzugen. Andernfalls kann der Sensor nach der initialen Einstellung der internen Tangentialfeldkomponente mit aktiver statische Anregung, für die Messung auch auf die Normalkomponente neu ausgerichtet werden.
Diese Ausführungsform ohne Regelung ähnelt der klassischen Streufluss- oder Magnetpulverprüfung, ist im Unterschied allerdings zwingend auf schwache Feld-Anregung, gemäß obigen Ausführungen, begrenzt.
Die 3 bis 8 zeigen mehrere Ausführungsformen einer Mikrostrukturanalysevorrichtung 1, mit der eine Probe 100 untersucht werden kann. Die Mikrostrukturanalysevorrichtung 1 weisen alle eine Sensorvorrichtung 20 die mindestens das Magnetfeld tangential zur Probenoberfläche ermitteln kann und eine Anregungsvorrichtung 10 auf. Unterschiede in den Ausführungsformen sind insbesondere durch unterschiedliche Geometrien der Anregungsvorrichtung 10 gegeben.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anregungsvorrichtung 10 eine Stromquelle 11 und eine Spule 12 auf. Wie in 3 dargestellt, kann die Probe teilweise in der Spule 12 platziert werden. Innerhalb der Spule wird ein homogenes statisches Magnetfeld erzeugt. Die Sensorvorrichtung 20 kann nah über die Probe 100 durch eine Führungsvorrichtung (nicht gezeigt) bewegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anregungsvorrichtung 10 weiterhin einen oder mehrere Ferritkerne 13 auf. Die 4 zeigt einen Ferritkern 13 in einer U-Form. Ferritkerne 13 bestehen beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff mit möglichst hoher magnetischer Sättigungsflussdichte und hoher magnetischer Permeabilität.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Sensorvorrichtung 20 mehrere Sensoren 21, 22, 23 und ist eingerichtet, die Tangentialkomponente 21, 23 des magnetischen Feldes an einer Probe 100 zu bestimmen, insbesondere 23 auch den Gradienten der Normalkomponente des magnetischen Feldes an der Probe 100 zu bestimmen. Wie in 5 dargestellt, können die Sensoren 21, 22, 23 entlang der Probe 100 verteilt sein. Diese Ausführungsform ist für höhere Verfahrgeschwindigkeiten ausgelegt. Die Sensoren 21 und 23 messen den Ist-Arbeitspunkt des Tangentialfeldes. Die Regelung der externen Feldanregung auf den Soll-Arbeitspunkt erfolgt zeitversetzt, wenn sich Sensor 22 abhängig von der Bewegungsrichtung an der entsprechenden Position 21 oder 23 befindet.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anregungsvorrichtung 10 mehrere Spulen 12, 12' und eine oder mehrere damit verbundene Stromquellen 11, 11' auf, wie in den 6 und 7 gezeigt. Je nach Ausdehnung der Probe kann die Probe 100 zwischen den beiden Spulen 12, 12', wie in 6 gezeigt, platziert werden oder teilweise in die Spulen 12, 12' eingebracht sein, wie in 7 gezeigt.
In der 8 weist die Anregungsvorrichtung zusätzlich noch einen Ferritkern 13 mit zwei senkrecht zueinander stehenden Endbereichen auf, zwischen denen ein im Wesentlichen homogenes Magnetfeld erzeugt wird. Die Probe 100 wird zwischen die Endbereiche in das homogene Magnetfeld eingebracht.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Mikrostrukturvariationen in einer Probe, aufweisend die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer Probe (100); - Festlegen eines magnetischen Soll-Arbeitspunktes für alle Messpositionen an der Probe (100); - Erzeugen eines statischen Magnetfeldes in der Probe (100) mit einer steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung (10); - Bestimmen der Tangentialfeldkomponente des statischen Magnetfeldes (Ist-Arbeitspunkt) an einer Messposition an der Probe (100) mit einer Sensorvorrichtung (20); - Steuern der Anregungsvorrichtung (10), sodass die bestimmte Tangentialfeldkomponente des statischen Magnetfeldes (Ist-Arbeitspunkt) an den magnetischen Soll-Arbeitspunkt angeglichen wird; - Bewegen der Messposition auf der Probe (100); - Ermitteln von Mikrostrukturvariationen in Abhängigkeit von der Messposition durch das bestimmte statische Magnetfeld, insbesondere durch Variationen der Normalkomponente des bestimmten statischen Magnetfeldes und/oder durch einen Parameter der steuerbaren magnetischen Anregungsvorrichtung (10).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der magnetische Soll-Arbeitspunkt an einer Messposition an der Probe eine hohe Divergenz der Magnetisierung, insbesondere von mindestens 500 A/m, zwischen mindestens zwei Materialzuständen (Mikrostrukturen) A und B der Probe erzielt, insbesondere wobei der interne (Soll-) Arbeitspunkt, bestimmt durch die Tangentialkomponente des internen Magnetfeldes H_int, sich zwischen den geometrieunabhänigen Koerzitivfeldstärken H_CA und H_CB der Materialzustände A und B befindet, |H_CA|<|H_int|<|H_CB|, sofern diese Koerzitivfeldstärken bekannt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der magnetische Soll-Arbeitspunkt an einer Messposition an der Probe unterhalb des 2-fachen der geometrieunabhänigen Koerzitivfeldstärke Hc des Probenmaterials festgelegt wird und/oder wobei der magnetische Soll-Arbeitspunkt zwischen 0 und 1,5 kA/m, insbesondere zwischen 0 und 1 kA/m festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Materialzustände an Messpositionen auf der Probe (100) jeweils eine feldstärkenabhängige Permeabilität aufweisen und der magnetische Soll-Arbeitspunkt so gewählt ist, dass die feldstärkenabhängige Permeabilitätsdifferenz zwischen den Materialzuständen an den Messpositionen sich möglichst nah an einem Maximum befindet, insbesondere ist der magnetische Soll-Arbeitspunkt innerhalb des Halbwertsbreiten - Intervalls um das Maximum der feldstärkenabhängige Permeabilität gewählt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen der Tangentialfeldkomponente des statischen Magnetfeldes an einer Messposition an der Probe an Luft durchgeführt wird und das statische Magnetfeld an der Probe die magnetische Feldstärke ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen mit der Sensorvorrichtung (20) und das Steuern der Anregungsvorrichtung (10) auf mindestens 50 A/m, insbesondere 20 A/m, genau sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der magnetische Arbeitspunkt im Tangentialfeld zur Probenoberfläche festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der magnetische Arbeitspunkt im Tangentialfeld zur Probenoberfläche in Anregungsrichtung festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen des statischen Magnetfeldes an der Probe (100) das Bestimmen des Tangentialfeldes in Anregungsrichtung und das Bestimmen des Normalfeldes an der Probenoberfläche umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die steuerbare magnetische Anregungsvorrichtung (10) bipolar steuerbar ist.
Mikrostrukturanalysevorrichtung, aufweisend eine magnetische Anregungsvorrichtung (10) eingerichtet zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes in einer Probe (100), eine Sensorvorrichtung (20) eingerichtet zum Bestimmen magnetischer Felder an einer Messposition an der Probe (100), wobei die Anregungsvorrichtung (10) in Abhängigkeit von der Messposition der Sensorvorrichtung (20) an der Probe (100) steuerbar ist und die Mikrostrukturanalysevorrichtung eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen.
Mikrostrukturanalysevorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Sensorvorrichtung (20) eingerichtet ist, mindestens zwei Raumkomponenten des Magnetfeldes, insbesondere drei Raumkomponenten des Magnetfeldes zu bestimmen.
Mikrostrukturanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, weiterhin aufweisend eine Führungsvorrichtung, die eingerichtet ist, die Sensorvorrichtung (20) relativ zur Probe (100) zu bewegen und/oder die Probe (100) relativ zur Sensorvorrichtung (20) zu bewegen.
Mikrostrukturanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiterhin aufweisend eine bipolare Stromquelle (11) für die Anregungsvorrichtung (10).
Mikrostrukturanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Sensorvorrichtung (20) mehrere Sensoren (21, 22, 23) umfasst und eingerichtet ist, den Gradienten des magnetischen Feldes an einer Probe (100) zu bestimmen, insbesondere den Gradienten der Normalkomponente des magnetischen Feldes an der Probe (100) zu bestimmen.