DE19953061C1

DE19953061C1 - Dickenmeßgerät für nichtmagnetische Schichten auf ferromagnetischen Unterlagen

Info

Publication number: DE19953061C1
Application number: DE19953061A
Authority: DE
Inventors: Erich Steingroever; Thomas Rohde
Original assignee: ELEKTROPHYSIK DR STEINGROEVER
Current assignee: ELEKTROPHYSIK DR STEINGROEVER
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: CN1174217C; GB0022235D0; GB2357850A; US6538434B1; GB2357850B; GB0025690D0; CN1295233A; HK1036496A1

Abstract

Das Dicken-Meßgerät (1) für nichtmagnetische Schichten (2) auf ferromagnetischen Unterlagen (3), bei dem die Schichtdicke (SD) aus der Haftkraft eines Dauermagneten (4) auf der zu messenden Schicht (2) bestimmt wird, ist mit einem im Schwerpunkt (5) gelagerten Drehsystem (6) das den Dauermagneten (4) trägt, ausgebildet. Die Haftkraft des Dauermagneten (4) wird durch die einstellbare Kraft eines auf das Drehsystem (6) wirkenden Magnetfeldes einer Magnetspule (13) kombiniert, deren Wert beim Abheben des Dauermagneten (4) von der Schicht (2) ein Maß für die Schichtdicke (SD) ist. Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Kraft zur Überwindung der Haftkraft des Dauermagneten auf der zu messenden Schicht nicht durch eine Drehfeder und eine komplizierte Mechanik zum Stillsetzen des Antriebselementes für das Drehsystem im Moment des Abhebens des Dauermagneten von der zu messenden Schicht aufgebracht werden muß. Die Haftkraft des Dauermagneten wird vielmehr durch die einstellbare Kraft einer auf das Drehsystem wirkenden Magnetspule kompensiert, wobei der Wert dieser Kraft beim Abheben des Dauermagneten von der Schicht ein sehr genaues Maß für die Schichtdicke ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dicken-Meßgerät für nichtmagnetische Schichten auf ferromagnetischen Unterlagen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei derartigen magnetischen Schichtdickenmessern (DE 26 38 248 C2) ist die Haftkraft eines an einem im Schwerpunkt gelagerten und somit ausbalancierten Meßarm drehbar angeordneten Dauermagneten auf der zu messenden Schicht ein Maß für die Schichtdicke und wird mit einer Feder gemessen, die durch Drehen eines Antriebselementes gespannt wird. Das Gerät hat eine in Schichtdicken geteilte Skalenscheibe, der eine Ablesemarke am Gehäuse des Gerätes zugeordnet ist, sowie ein die Skalenscheibe in Abhängigkeit von der Abreißbewegung des Dauermagneten festlegendes Sperrglied zwischen Meßarm und Skalenscheibe.

Bei solchen Schichtdickenmessern ergeben sich mitunter Differenzen der gemessenen Schichtdickenwerte allein dadurch, daß es schwierig ist, die Skalenscheibe, bei deren Drehung die Feder zunehmend gespannt und bei Erreichen der Haftkraft der Dauermagnet von der zu messenden Schicht abgehoben wird, genau in dem Augenblick des Abhebens des Dauermagneten stillzusetzen. Da durch das manuelle Drehen der Skalenscheibe auch die Drehgeschwindigkeit nicht immer gleich ist, treten bei Mehrfachmessungen zwangsläufig Abweichungen der Meßwerte auf, die nicht einfach eliminiert werden können.

Zur Vereinfachung des Meßvorganges und zur Verbesserung der Meßgenauigkeit solcher Schichtdickenmesser ist es auch bereits bekannt, das drehbare Antriebselement mit einem mechanischen Sperrwerk mit Zahnrädern und einem schnellaufenden Schwungrad nach Art eines Uhrwerkes zu versehen, wobei zwischen dem rückwärtigen Hebelarm des ausbalancierten Drehsystems und dem schnellaufenden Schwungrad ein Sperrglied angeordnet ist, durch das das schnellaufende Schwungrad beim Spannen des Antriebselementes festgehalten und erst in dem Augenblick freigegeben wird, sobald der Hebelarm des Drehsystems mit dem Dauermagneten auf die zu messende Schicht aufgesetzt worden ist. Nach der Freigabe des schnellaufenden Schwungrades wird das Antriebselement für das Drehsystem durch die vorgespannte Feder so lange in geschwindigkeitskonstante Drehung versetzt, bis die Haftkraft des Dauermagneten überwunden worden ist und dieser schlagartig von der zu messenden Schicht abhebt. In diesem Moment wird auch das schnellaufende Schwungrad durch das am rückwärtigen Hebelarm sitzende Sperrglied gestoppt. Die gemessene Schichtdicke kann dann an der Skalenscheibe abgelesen werden.

Derartige Schichtdickenmesser mit einer automatischen mechanischen Sperre, die im Moment des Abhebens des Dauermagneten von der zu messenden Schicht wirksam wird, sind teuer in der Herstellung und wartungsbedürftig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion solcher Dicken-Meßgeräte zu verbilligen unter gleichzeitiger Verbesserung der Handhabung und der Meßgenauigkeit.

Diese Aufgabe wird bei einem Dicken-Meßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Haftkraft des Dauermagneten durch die einstellbare Kraft eines auf das Drehsystem wirkenden Magnetfeldes einer Magnetspule kompensiert wird, deren Wert beim Abheben des Dauermagneten von der Schicht ein Maß für die Schichtdicke ist.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 gekennzeichnet.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Kraft zur Überwindung der Haftkraft des Dauermagneten auf der zu messenden Schicht nicht durch eine Drehfeder und eine komplizierte Mechanik zum Stillsetzen des Antriebselementes für das Drehsystem im Moment des Abhebens des Dauermagneten von der zu messenden Schicht aufgebracht werden muß.

Die Haftkraft des Dauermagneten wird vielmehr durch die einstellbare Kraft einer auf das Drehsystem wirkenden Magnetspule kompensiert, wobei der Wert dieser Kraft beim Abheben des Dauermagneten von der Schicht ein sehr genaues Maß für die Schichtdicke ist.

Das erfindungsgemäße Dicken-Meßgerät zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß der einstellbare Strom für die Erregung der Magnetspule als Maß für die Schichtdicke dient.

Hierbei ist es auch von besonderem Vorteil, daß der Wert der Kompensationskraft beim Abreißen des Dauermagneten mittels einer Elektronik in Schichtdicken umgerechnet wird und auf einem Display zur Anzeige kommt.

Eine besonders hohe Meßgenauigkeit wird zudem dadurch erzielt, daß ein beim Abreißen des Dauermagneten von der zu messenden Schicht auftretendes Signal in der Stromkurve der Magnetspule erfaßt und mittels der Elektronik in Schichtdicken umgerechnet wird, wobei nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch vorgesehen ist, daß das beim Abreißen des Dauermagneten von der Schicht auftretende Signal in der Stromkurve zum Abschalten des Stromes für die Magnetspule dient.

In einer ersten vorteilhaften Auführungsform ist vorgesehen, daß ein am Drehsystem des Dauermagneten befestigter weichmagnetischer Kompensationskörper von dem Magnetfeld der Magnetspule angezogen oder abgestoßen wird.

Stattdessen ist es in einer abgewandelten Ausführungsform aber auch möglich, daß ein am Drehsystem des Dauermagneten befestigter dauermagnetischer Kompensationskörper von dem Magnetfeld der Magnetspule angezogen oder abgestoßen wird.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Meßgerät aber auch so ausgebildet sein, daß das einstellbare Magnetfeld einer Spule unmittelbar auf den Dauermagneten wirkt. Dies kann dadurch geschehen, daß die Magnetspule im Gehäuse des Meßgerätes koaxial über dem Dauermagneten angeordnet ist.

Die Magnetspule kann aber auch auf dem Drehsystem befestigt sein und auf einen weich- oder dauermagnetischen Körper wirken, der in Bezug auf das Drehsystem feststeht.

In einer weiteren abgewandelten Ausführungsform ist es möglich, daß die auf dem Drehsystem befestigte Magnetspule zwischen zwei relativ zum Drehpunkt fest angeordneten Dauermagneten beweglich ist.

Die Wirkung der Magnetspule kann dabei auch noch dadurch verbessert werden, daß die beiden Dauermagnete, zwischen denen die auf dem Drehsystem angeordnete Magnetspule sich bewegt, gegenpolig magnetisiert sind.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips eines Dicken-Meßgerätes für nichtmagnetische Schichten auf ferromagnetischen Unterlagen,

Fig. 2 in einem Schaltdiagramm die Kompensation der Haftkraft des Dauermagneten durch eine Magnetspule in Abhängigkeit von der Stromzufuhr zu der Magnetspule mit zunehmender Stromstärke über der Zeit,

Fig. 3 ein Dicken-Meßgerät in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt mit einer am rückwärtigen Ende des Drehsystems angeordneten Magnetspule,

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 abgewandelte Ausführungsform mit einer Anordnung der Magnetspule unmittelbar am Meßmagneten des Meßgerätes,

Fig. 5 eine gegenüber Fig. 3 und 4 weiter abgewandelte Ausführungsform mit Anordnung der Magnetspule am rückwärtigen Hebelalm des Drehsystems zwischen zwei Dauermagneten und

Fig. 6 die Anordnung der Magnetspule zwischen den beiden Dauermagneten in einer gegenüber Fig. 5 vergrößerten Darstellung.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen von Dicken-Meßgeräten gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Dicken-Meßgerätes 1 für nichtmagnetische Schichten 2 auf ferromagnetischen Unterlagen 3, bei dem die Schichtdicke SD aus der Haftkraft eines Dauermagneten 4 auf der zu messenden Schicht 2 bestimmt wird, mit einem im Schwerpunkt 5 gelagerten Drehsystem 6, das den Dauermagneten 4 trägt. Diese schematische Darstellung dient in Verbindung mit dem Diagramm von Fig. 2 der Erläuterung des Funktionsprinzips der Dicken-Meßgeräte nach der Erfindung.

Das Drehsystem 6 ist im Gehäuse 11 (Fig. 3) des Meßgerätes 1 an einer Drehachse 7 (Fig. 3) gelagert, an der ein ausbalancierter Hebelarm 8 befestigt ist, an dessen freiem vorderen Ende 9 der als Meßmagnet dienender Dauermagnet 4 angebracht ist, dessen Pole mit N und S bezeichnet sind.

Das Drehsystem 6 besitzt eine Taste 10 (Fig. 3), die beim Abreißen des Dauermagneten 4 von der Oberfläche der zu prüfenden Schicht 2, die sich auf einer ferromagnetischen Unterlage 3 befindet, durch eine untere Öffnung 12 aus dem Gehäuse 11 heraustritt, so daß der Dauermagnet 4 durch Fingerdruck gegen die Taste 10 wieder an die Meßfläche herangeführt wird und die Messung wiederholt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät 1 wird die Haftkraft des Dauermagneten 4 durch die einstellbare Kraft eines auf das Drehsystem 6 wirkenden Magnetfeldes einer Magnetspule 13 kompensiert, deren Wert beim Abheben des Dauermagneten 4 von der Schicht 2 ein Maß für die Schichtdicke SD ist.

Dabei dient der mittels einer Elektronik 14 einstellbare Strom I einer Batterie 15 für die Erregung der Magnetspule 13 als Maß für die Schichtdicke SD. Der Wert der Kompensationskraft des Magnetfeldes der Magnetspule 13 wird beim Abreißen des Dauermagneten 4 mittels von der zu messenden Schicht 2 mittels der Elektronik 14 in Schichtdicken umgerechnet und kommt auf einem Display 16 (Fig. 3) zur Anzeige.

Wie anhand des in Fig. 2 gezeigten Diagramms zu erkennen ist, ist die Elektronik 14 für die Steuerung des Meßvorganges und die Auswertung und die Anzeige des Meßergebnisses so ausgebildet, daß ein beim Abreißen des Dauermagneten 4 von der zu messenden Schicht 2 auftretendes Signal 17 in der Stromkurve 18 der Magnetspule 13 erfaßt und mittels der Elektronik 14 in Schichtdicken SD umgerechnet wird. Das beim Abreißen des Dauermagneten 4 von der Schicht 2 auftretende Signal 17 in der Stromkurve 18 dient dann auch zum Abschalten des Stromes I für die Magnetspule 13.

In dem Diagramm von Fig. 2 ist I(t) der Strom in der Magnetspule 13, der von 0 aus ansteigend geregelt wird. "t" ist die Zeit oder ein zeitproportionales Signal 17 auf der t-Achse. SD ist die Schichtdicke, berechnet aus der Zeit für das Auftreten des Meßsignals auf der Zeitachse, das durch die plötzliche Bewegung eines Kompensationskörpers 19 durch die Magnetspule 13 beim Abheben des Dauermagneten 4 von der zu messenden Schicht 2 in die Magnetspule 13 induziert wird.

Bei den in Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen von Dicken-Meßgeräten 1 nach der Erfindung befindet sich das Drehsystem 6 mit dem am vorderen Ende 9 eines wippenartig ausgebildeten Hebelarmes 8 befestigten Dauermagneten 4, der als Meßmagnet dient, und der Anordnung von Magnetspule 13, Elektronik 14 und Batterie 15 für die Stromzufuhr zu der Meßanordnung in einem an sich bekannten Gehäuse 11, das bei der Handhabung des Gerätes 1 auf die zu messende Schicht 2 aufgesetzt wird. Im oberen Teil des Gehäuses 11 befindet sich ein Display 16 für die digitale Anzeige der Meßergebnisse.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist das Meßsystem so ausgebildet, daß am rückwärtigen Ende des Drehsystems 6 für den Meßmagneten 4 ein dauermagnetischer Kompensationskörper 19 befestigt ist, der von dem Magnetfeld der Magnetspule 13 angezogen oder abgestoßen wird.

Bei der gezeigten Anordnung der Magnetspule 13 über dem dauermagnetischen Kompensationskörper 19 wird dieser bei Erregung der Magnetspule 13 abgestoßen, während er bei der Anordnung unterhalb davon von der Magnetspule 13 angezogen wird und den als Meßmagnet dienenden Dauermagneten 4 am vorderen Ende des Drehsystems 6 von der zu messenden Schicht 2 abhebt.

Die Konstruktion kann aber auch so ausgebildet sein, daß am Drehsystem 6 des Dauermagneten 4 ein weichmagnetischer Kompensationskörper 19 befestigt ist, der von dem Magnetfeld der Magnetspule 13 in gleicher Weise angezogen oder abgestoßen wird.

Bei der in Fig. 4 abgewandelten Ausführungsform ist die Magnetspule 13 demgegenüber so angeordnet, daß das einstellbare Magnetfeld der Spule 13 unmittelbar auf den Dauermagneten 4 wirkt. Hierfür ist die Magnetspule 13 im Gehäuse 11 des Meßgerätes 1 koaxial über dem Dauermagneten 4 angeordnet.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Dicken-Meßgerät 1 aber auch entsprechend den Darstellungen von Fig. 5 und 6 ausgebildet sein. Hierbei ist die auf dem Drehsystem 6 am rückwärtigen Ende des Hebelarmes 8 befestigte Magnetspule 13 zwischen zwei relativ zum Drehpunkt des Drehsystems 6 fest angeordneten Dauermagneten 20, 21 beweglich. Diese beiden Dauermagnete 20, 21 sind, wie in Fig. 6 im einzelnen gezeigt ist, gegenpolig magnetisiert, so daß sich die Magnetfelder der beiden Dauermagnete 20, 21 im Bereich der Magnetspule 13 überschneiden. Die Kraft des auf das Drehsystem 6 wirkenden Magnetfeldes der Magnetspule 13 wird dadurch besonders wirkungsvoll verstärkt.

Liste der Bezugszeichen

1

Dicken-Meßgerät

2

nichtmagnetische Schicht

3

ferromagnetische Unterlage

4

Dauermagnet

5

Schwerpunkt

6

Drehsystem

7

Drehachse

8

Hebelarm

9

Vorderes Ende

10

Taste

11

Gehäuse

12

Öffnung

13

Magnetspule

14

Elektronik

15

Batterie

16

Display

17

Signal

18

Stromkurve

19

Kompensationskörper

20

Dauermagnet

21

Dauermagnet
SD Schichtdicke
N, S Magnetpole
I Strom

Claims

1. Dicken-Meßgerät für nichtmagnetische Schichten auf ferromagnetischen Unterlagen, bei dem die Schichtdicke aus der Haftkraft eines Dauermagneten auf der zu messenden Schicht bestimmt wird, mit einem im Schwerpunkt gelagerten Drehsystem, das den Dauermagneten trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftkraft des Dauermagneten (4) durch die einstellbare Kraft eines auf das Drehsystem (6) wirkenden Magnetfeldes einer Magnetspule (13) kompensiert wird, deren Wert beim Abheben des Dauermagneten (4) von der Schicht (2) ein Maß für die Schichtdicke (SD) ist.

2. Dicken-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Strom (I) für die Erregung der Magnetspule (13) als Maß für die Schichtdicke (SD) dient.

3. Dicken-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Kompensationskraft beim Abreißen des Dauermagneten (4) mittels einer Elektronik (14) in Schichtdicken (SD) umgerechnet wird und auf einem Display (16) zur Anzeige kommt.

4. Dicken-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß ein beim Abreißen des Dauermagneten (4) von der zu messenden Schicht (2) auftretendes Signal (17) in der Stromkurve (18) der Magnetspule (13) erfaßt und mittels der Elektronik (14) in Schichtdicken (SD) umgerechnet wird.

5. Dicken-Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Abreißen des Dauermagneten (4) von der Schicht (2) auftretende Signal (17) in der Stromkurve (18) zum Abschalten des Stromes (I) für die Magnetspule (13) dient.

6. Dicken-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß ein am Drehsystem (6) des Dauermagneten (4) befestigter weichmagnetischer Kompensationskörper (19) von dem Magnetfeld der Magnetspule (13) angezogen oder abgestoßen wird.

7. Dicken-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß ein am Drehsystem (6) des Dauermagneten (4) befestigter dauermagnetischer Kompensationskörper (19) von dem Magnetfeld der Magnetspule (13) angezogen oder abgestoßen wird.

8. Dicken-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das einstellbare Magnetfeld einer Spule (13) unmittelbar auf den Dauermagneten (4) wirkt.

9. Dicken-Meßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (13) im Gehäuse (11) des Meßgerätes (1) koaxial über dem Dauermagneten (4) angeordnet ist.

10. Dicken-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Magnetspule (13) auf dem Drehsystem (6) befestigt ist und auf einen weich- oder dauermagnetischen Körper wirkt, der in Bezug auf das Drehsystem (6) feststeht.

11. Dicken-Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Drehsystem (6) befestigte Magnetspule (13) zwischen zwei relativ zum Drehpunkt fest angeordneten Dauermagneten (20, 21) beweglich ist.

12. Dicken-Meßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dauermagnete (20, 21), zwischen denen die auf dem Drehsystem (6) angeordnete Magnetspule (13) sich bewegt, gegenpolig magnetisiert sind.