DE3019540A1

DE3019540A1 - Einrichtung zur messung der dicke einer nicht magnetischen schicht auf einer magnetischen bzw. magnetisierbaren unterlage

Info

Publication number: DE3019540A1
Application number: DE19803019540
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1981-12-10
Also published as: US4459550A; DE3019540C2

Description

P=rtentenv'3|t Dr, Lothar Marx

Dipl.-Pbys.

Am Brombeerschlag ΊΛ 29 8000 München 70 Telefon 089 713813

Anwaltsakte 5209

München, j) O, ff ^;

Dr. Norbert Nix

Robert Perthel Str. 5000 Köln 60

Einrichtung zur Messung der Dicke einer nicht magnetischen Schicht auf einer magnetischen bzw. magnetisierbaren Unterlage

130050/0034

Deutsche Bank München 57/41111 (BLZ 70070010) Postscheckkonto MOnchen 154221-803

Patentanwa't

Dr, Lothar Marx

Dipl -?h/s.

Anwaltsakte 5209

Am Brombeerschlag 8000 München 70 Telefon 089 713813

20. Mai

Dr. Norbert Nix

Robert Perthel Str. 2 5000 Köln 60

Einrichtung zur Messung der Dicke einer nicht-magnetischen Schicht auf einer magnetischen bzw. magnetisier-

baren Unterlage

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Dicke einer nicht-magnetischen Schicht auf einer magnetischen bzw. magnetisierbaren Unterlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Zur Messung 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 so lange gespannt, bis der Magnet von der Meßstelle abreißt. Die Federkraft ist dann ein Maß für die Dicke der unmagnetischen Schicht auf der magnetischen Unterlage, die nach entsprechender Eichung in mm oder μπι angegeben werden kann.

130050/0034

Deutsche Bank München 57/41111 (BLZ 70070010) Postscheckkonto München 154221-803

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 relativ rasch kommen, beispielsweise unter dem Einfluß von magnetischen Fremdfeldern, durch Temperatüränderungen, 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

130050/0034 - 7 -

5209

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 ist deshalb in der Hauptanmeldung eine Einrichtung zur Messung der Dicke von überzügen auf einen Grundmaterial aufgrund

abstandsabhängigen, elektromagnetischen Wechselwirkung vorgeschlagen worden, die nicht nach dem Haftkraftprinzip_/sondern auf induktivem Wege arbeitet. Nachteilig ist jedoch hierbei, daß relativ komplizierte Schaltungen erforderlich sind, also gerade der wesentliche Vorteil der Haftkraftmesser, nämlich ihre einfache Handhabung, verloren geht. Außerdem können solche, auf induktivem Wege arbeitenden Schichtdickenmesser leicht durch äußere Einflüsse gestört werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung der Dicke einer nichtmagnetischen Schicht auf einer magnetischen bzw. magne tisierbaren Unterlage der angegebenen Gattung zu schaf fen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll eine Einrichtung vorgeschlagen werden, die unter Beibehaltung der wesentlichen Vorteile der Haftkraft-Schichtdickenmesser, nämlich der einfachen Handhabung, die digitale Anzeige des erhaltenen Wertes ermöglicht.

130060/0034

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

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf
dem Grundgedanken, "magnetsystemkonsistent" zu bleiben, d.h., magnetische Kräfte durch magnetische
Kräfte zu kompensieren, und nicht etwa durch eine
Federkraft, wie es bei den bekannten Schichtdickenmessern der Fall ist. Im konkreten Fall heißt
das also, daß die physikalischen, nämlich magnetischen Verhältnisse am Meßpol möglichst genau am zugehörigen Gegenpol simuliert werden. Dadurch lassen sich alle Vorteile eines Kompensationsverfahrens erreichen.

Zu diesem Zweck wird dem Gegenpol des Permanentmagneten, dessen Meßpol auf der nicht magnetischen Schicht aufliegt, ein zweckmäßigerweise aus Eisen bestehender Vergleichskörper so lange genähert, bis sich in dem
Kompensationsluftspalt, also dem Luftspalt zwischen
dem Gegenpol und dem Vergleichskörper, die gleichen
physikalischen Verhältnisse, nämlich das gleiche Magnetfeld, eingestellt haben, wie sie in dem"Meßluftspalt"

herrschen, nämlich in dem Spalt zwischen der Unterlage aus dem magnetischen bzw. magnetisierbaren Material und dem Meßpol. Einer bestimmten Breite des Kompensationsluftspaltes entspricht eine bestimmte Dicke der zu messenden Schicht, da dann die Feldstärke im Kompensationsluftspalt genau so groß wie in der zu messenden Schicht ist, und auch die von dem Vergleichskörper auf den Gegenpol des Permanentmagneten ausgeübte Kraft ist genau so groß wie die
von der magnetischen bzw. magnetisierbaren Unterlage

130050/0034

'40

auf den Meßpol ausgeübten Kraft. Zu diesem Zeitpunkt stellt also der Abstand zwischen Vergleichskörper und Gegenpol ein Maß für die Dicke der nicht-magnetischen Schicht dar, so daß nur dieser Abstand zur Anzeige gebracht werden muß, um, nach entsprechender Eichung, den entsprechenden Dickenwert zu erhalten.

Diese Gleichheit des Magnetfeldes tritt in der Regel nicht bei Gleichheit des Abstandes zwischen Vergleichskörper und Gegenpol einerseits bzw. Meßpol und Unterlage andererseits auf, da sich eine starke Beeinflussung durch die Größe des Vergleichskörpers ergibt. Das exakte Maß wird nur bei Gleichheit der Magnetfelder in den beiden Spalten erhalten.

Für die technische Realisierung dieses Grundgedankens-, stehen mehrere Verfahren zur Verfügung. Bei einem einfachen, nach dem Haftkraftprinzip arbeitenden Ver-< fahren wird der Permanentmagnet an einem Ende eines Waagebalkens angebracht, so daß der Meßpol durch eine Schwenkbewegung von der Meßstelle abgezogen wird, wenn die Anziehungskraft des Vergleichskörpers größer wird als die Anziehungskraft der Unterlage.

Zweckmäßigerweise wird hierbei der Vergleichskörper motorisch verstellt, was entweder durch einen Elektromotor oder durch einen Federmotor erfolgen kann.

Die Ausführungsform mit dem Federmotor hat den Vorteil, daß keine äußere Energiequelle erforderlich ist, da in beiden Fällen die Anzeige mittels eines Rollenzählwerkes erfolgen kann, dessen Antriebskraft ebenfalls durch den Federmotor geliefert werden kann.

- 10 -

130050/0

Bei einer weiteren, ebenfalls keine äußere Energiequelle erfordernden Ausführungsform befindet sich der Permanentmagnet frei schwebend in einer Flüssigkeit im Innern eines Faltenbalges, dessen oberes Ende durch den Vergleichs körper verschlossen wird. Wird nun dieser Faltenbalg zusammengedrückt, um den Abstand zwischen Vergleichskörper und Gegenpol zu verringern, so tritt aus dem Faltenbalg eine Flüssigkeitsmenge aus, die ein direktes Maß für den Abstand Gegenpol/Vergleichskörper darstellt. Die ausgetretene Flüssigkeitsmenge kann beispielsweise in einer Glaskapillare angezeigt werden, die mit einer entsprechend geeichten Skala versehen ist. Wenn der Magnet gegen den Vergleichskörper umschlägt, wird die Austrittsöffnung verschlossen, so daß der Meßwert erhalten bleibt und auch noch später abgelesen werden kann.

Diese drei Ausführungsformen arbeiten nach dem Haftkraftprinzip, was den Nachteil hat, daß bei kleinen Er^ schütterungen des Meßgerätes der Meßpol bereits von der zu messenden Schicht abreißen kann. Dieser Nachteil wird bei einer weiteren Ausführungsform vermieben, bei der das magnetische Feld zwischen dem Gegenpol und dem Vergleichskörper einerseits bzw. zwischen dem Meßpol und der Unterlage andererseits direkt gemessen wird. Diese Magnetfeldmessung kann durch eine übliche Magnetfeldsonde erfolgen, wobei zweckmäßigerweise Feldplatten verwendet werden, also magnetfeldabhängige Halbleiter, die auf Keramikplatten aufgebracht sind. Diese Keramikplatten sind sehr verschleißfest, so daß sich ihre Dicke auch nach längerer Benutzung kaum verändert.

Bei dieser Ausführungsform wird mit stationärem Permanentmagneten gearbeitet, so daß nur der Vergleichskörper, beispielsweise mittels eines Elektromotors oder mittels eines Federmotors, verstellt werden muß. Auch hier kann

- 11 -

1300BÖ/OÖ34

Il

ein Rollenzählwerk zur Anzeige des ermittelten Meßwertes verwendet werden.

Durch das beschriebene Kompensationsverfahren ist die Beziehung zwischen der Dicke der zu messenden Schicht und der Anzeige linear, so daß der erhaltene Meßwert direkt digital angezeigt werden kann, ohne daß ein aufwendiges Linearisierungsnetzvrerk erforderlich ist. Außerdem kann eine einmal erarbeitete Skala bei allen Geräten verwendet werden, ohne daß für jedes Gerät eine individuelle Skala angefertigt werden muß;· dies vereinfacht insbesondere die Serienfertigung wesentlich.

Da schließlich die erforderliche Kompensationskraft durch den Permanentmagneten selbst geliefert wird und alle etwaigen Änderungen der Eigenschaften der Permanentmagneten gleichmäßig an beiden Polen auftreten, wird der Meßwert nicht durch die oben erwähnten Größen beeinflußt, nämlich durch die Alterung des Magneten, das Temperaturverhalten des Magneten, durch magnetische Fremdfelder, durch eine etwaige Drift des Verstärkers oder durch eine Schwankung der Stromversorgung, beispielsweise der für Elektromotoren erforderlichen Batterie.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine nach dem Haftkraftprinzip arbeitende Ausführungsform mit einem Elektromotor als Antriebseinrichtung,

Fig. 2 eine weitere, nach dem Haftkraftprinzip arbeitende Ausführungsform mit einem Federmotor als Antriebseinrichtung,

130060/003'* - ¹² -

5209 - yr-

/3

Fig. 3 eine dritte, nach dem Haftkraftprinzip

arbeitende Ausführungsform mit manueller Verstellung und

Fig. 4 eine Ausführungsform mit direkter Messung des Magnetfeldes.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein kleiner, stabförmiger Permanentmagnet 1 an einem Waagebalken 2 befestigt, der um eine stationäre , horizontale Achse 2a geschwenkt werden kann. Am anderen Ende des Waagebalkens 2 befindet sich eine Masse 3, die das Gewicht des Permanentmagneten 1 kompensiert, so daß der Waagebalken 2 ohne Einwirkung von äußeren Kräften in einem labilen Gleichgewichtszustand gehalten ist.

Der gemäß der Darstellung in Fig. 1 untere Pol des Permanentmagneten 1, bei dieser Ausführungsform der Südpol, dient als Meßpol 1a, der auf eine Meßstelle 4 aufgelegt wird; diese Meßstelle ist die Oberfläche eines Körpers, der auf einer magnetischen bzw. magnetisierbaren Unterlage 4a eine nicht-magnetische Schicht 4b aufweist, deren Dicke ermittelt werden soll.

Der andere Pol des Permanentmagneten 1 , also bei dieser Ausführungsform der Nordpol, dient als Gegenpol 1b, der einer Platte 6 aus magnetischem bzw. magnetisier barem Material, zweckmäßigerweise einer Eisenplatte, gegenüberliegt.

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

130050/0034 - 13

Vt

8 gemäß der Darstellung in Fig. 1 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 Elektromotors 5 verstellt wird. Die von dem Rollenzählwerk 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 1b dar.

Zur Messung der Dicke der nicht-magnetischen Schicht 4b wird der Meßpol 1a auf die Meßstelle 4, also auf eine Stelle der Oberfläche der nicht-magnetischen Schicht 4b, aufgelegt und der Elektromotor 5 in Betrieb gesetzt, so daß sich die Eisenplatte 6 dem Gegenpol 1b nähert. Unmittelbar nach Durchlaufen eines Zustandes, bei dem in dem Kompensationsspalt zwischen dem Gegenpol 1b und der Eisenplatte 6 das gleiche Magnetfeld herrscht wie zwischen der Unterlage 4a und dem Meßpol 1a, klappt der Permanentmagnet 1 bei weiterer Verringerung des Abstandes zwischen der Eisenplatte 6 und Gegenpol 1b nach oben,und der Meßpol 1a wird von der Meßstelle 4 abgehoben. Bei der dadurch hervorgerufenen Bewegung des linken Endes des Waagebalkens 2 nach oben wird ein elektrischer Schalter 10 betätigt, der den Elektromotor 5 anhält. Die nun von dem Rollenzählwerk 9 angezeigte Zahl entspricht einer bestimmten Dicke der nicht magnetischen Schicht 4b, so daß nach entsprechender Eichung der Einrichtung die Dicke auch direkt in mm angezeigt werden kann.

Um die Einrichtung wieder in den Bereitschaftszustand für die nächste Messung zu bringen, wird von Hand ein Taster 12 heruntergedrückt, der auf das linke Ende

130050/0034 - 14 -

des Waagebalkens 2 wirkt und den Waagebalken 2 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn um die Achse 2a verschwenkt, so daß der Meßpol 1a wieder auf die Meßstelle 4 aufgelegt wird. Solange dieser Taster 12 gedrückt bleibt, läuft der Elektromotor, gesteuert über einen Umschalter 13, rückwärts, so daß sich die Eisenplatte 6 von dem Gegenpol 1b entfernt und auch das Rollenzählwerk 9 wieder auf den Nullpunkt zurückgestellt wird.

An dem Rollenzählwerk 9 ist ein Stellknopf 14 vorgesehen, mit dem eine Korrektur des Nullpunktes des Rollenzählwerks 9 durchgeführt werden kann.

Der Meßmagnetpol 1a ist durch eine Kappe 17 geschützt, die am Gehäuse befestigt ist. Dadurch ergibt sich gleichzeitig auch ein staubdichter Verschluß des gesamten Gerätes.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß statt des Elektromotors 5 ein Federmotor für die Verstellung der Eisenplatte 6 und des Rollenzählwerks 9 verwendet wird. Im folgenden sollen deshalb nur noch die Teile erläutert werden, die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 nicht vorgesehen sind.

Ein Hebel 22 ist an einem Ende um eine Achse 22a schwenkbar gelagert. Um die gleiche Achse dreht sich ein Federgehäuse 24, in dem sich eine Spiralfeder 24a befindet, die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Das andere Ende des Hebels 22 weist eine Taste 22b auf, an der eine Druckfeder 22c angebracht ist. Durch Herunterdrücken der Taste 22b gegen die Kraft der als Rückstellfeder wirkenden

_ IC

130050/0034

/6

Druckfeder 22c wird der Hebel 22 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn um die Achse 22a geschwenkt, wodurch über ein Gesperre 23 die Spiralfeder 24a aufgezogen wird. Das Gesperre 23 weist eine Sperrklinke 23a auf, deren Spitze in einer Verzahnung 23b einrastet. Die Sperrklinke 23a wird in der oberen Ruhestellung des Hebels durch einen Stift 23c aus der Verzahnung 23b herausgenommen, so daß sich die Spiralfeder 24a wieder abspulen kann. Bei dieser Abspulbewegung der Spiralfeder 24a treibt das Federgehäuse über die Kegelräder 7 das Rollenzählwerk 9 an. Gleichzeitig wird von dem Federgehäuse 24 über eine spiralförmige Schnecke 25 und zwei Hebel 26 und 27 die Eisenplatte 6 bewegt, die an einem Ende schwenkbar gelagert ist.

Um den gleichmäßigen Ablauf der Spiralfeder 25a zu gewährleisten, ist auf der Antriebsachse des Zählwerkes 9 ein Hemmregler angebracht, der ein Ankerrad 28 und einen Anker 29 aufweist.

Während des Meßvorgangs nähert sich die von der Spiralfeder 24a über die Schnecke und das Hebelsystem verstellte Eisenplatte 6 dem Gegenpol 1b des Permanentmagneten. Sobald das Magnetfeld im Kompensationsspalt größer als das Magnetfeld im Ileßspalt ist und der Gegenpol 1b von der Eisenplatte 6 angezogen wird, wird der Waagebalken 2 geschwenkt, so daß ein an dem Gegengewicht 3 befestigter Stift 30 in den Anker 29 des Hemmreglers eingreifen und diesen blockieren kann, so daß sich auch das Rollenzählwerk 9 nicht weiter verstellt. Dadurch kann ein der Dicke der nicht-magnetischen Schicht 4b entsprechender Wert am Rollenzählwerk 9 direkt abgelesen werden.

Um die Einrichtung in den Eereitschaftszustand für die nächste Messung zu bringen, muß der Hebel 22 mittels der Taste 22b wieder heruntergedrückt werden. Damit kommt ein an dem Hebel 22 befestigter Stift 31 in Anlage an den Hebel 27, wodurch die Eisenplatte 6 weit von dem Gegenpol 1b des Permanentmagneten 1 weg geschwenkt wird.

130050/0034 - ie -

Dadurch wird die Anziehungskraft zwischen dem Meßpol 1a und der Unterlage 4a größer als die Anziehungskraft zwischen dem Gegenpol 1b und der Eisenplatte 6, so daß der Waagebalken 2 mit dem Magneten 1 gemäß der Darstellung in Fig. 2 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn um die Achse 2 geschwenkt wird und der Meßpol 1a wieder auf der Meßstelle 4 aufliegt.

Die Eisenplatte 6 sollte soweit, wie konstruktiv möglich, von dem Gegenpol 1b weggeschwenkt werden, da sich dadurch Meßfehler vermeiden lassen, die durch das Durchlaufen innerer Schleifen der Hysteresekurve verursacht werden können.

Fig. 3 zeigt eine ebenfalls nach dem Haftkraftprinzip arbeitende Ausführungsform, bei der jedoch der Permanentmagnet 1 nicht an einem Waageblaken befestigt ist, sondern mit Hilfe eines kleinen Schwimmkörpers 15 schwebend in einer Flüssigkeit gehalten ist. Der Schwimmkörper 15 mit dem Permanentmagneten 1 befindet sich im Innern eines Iletallfaltenbalges 16, dessen oberes Ende durch die Eisenplatte 6 verschlossen wird, während an seinem unteren Ende die Kappe 17 vorgesehen ist. In der Mitte der Eisenplatte 6 befindet sich eine kleine Bohrung 18, die sich in einer Glaskapillare 19 weiter fortsetzt. Der Faltenbalg 16 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt.

Wird die Kappe 17 auf die Meßstelle 4 aufgelegt, so wird der Permanentmagnet 1 angezogen und haftet auf der der Meßstelle 4 gegenüberliegenden Seite der Kappe 17. Durch Ausüben eines leichten Drucks zieht sich der Faltenbalg 16 zusammen, so daß sich der Gegenpol 1b des Permanentmagneten der Eisenplatte 6 immer mehr nähert. Gleichzeitig verringert sich dadurch aber auch das Volumen des Faltenbalges, so daß die Flüssigkeit durch die öffnung 18 in der Eisenplatte 6 nach oben in die Glaskapillare 19 steigt. Wenn das Magnetfeld im Luftspalt

zwischen der Eisenplatte 6 und dem oberen Gegenpol 1b gleich dem Ilagnetfelaⁿder nicht-magnetischen Schicht 4b ist, bewegt sich der Permanentmagnet 1 nach oben und verschließt dadurch die kleine Öffnung 18 in der Eisenplatte 6, die den Zugang zu der Glaskapillare 19 ermöglicht. Dadurch bleibt die Höhe der Flüssigkeitssäule in der Glaskapillaren 19 auf einem bestimmten, festen Wert, der als Maß für die Dicke der nicht-magnetischen Schicht 4b nach entsprechender Eichung sofort abgelesen werden kann.

Zu diesem Zweck kann an der Glaskapillaren 19 eine entsprechende Skala vorgesehen werden.

Um diese Einrichtung in den Bereitschaftszustand für die nächste Messung zu bringen, wird ein langer, dünner Draht 32 , der vom oberen Ende durch die gesamte Glaskapillare 19 verläuft, etwas heruntergedrückt, so daß er durch die Bohrung 18 gegen den Gegenpol 1b stößt und den Permanentmagneten 1 nach unten drückt; dadurch löst sich der Permanentmagnet 1 wieder von der Eisenplatte 6 und bleibt auf der Meßstelle 4 haften.

Aufgrund der Federwirkung des Faltenbalges 16 kann dann die Flüssigkeit aus der Glaskapillaren 19 wieder zurück in den Faltenbalg 16 fließen.

Das obere Ende des Drahtes 32 ist mit einem Knopf 33 versehen, um die Handhabung zu erleichtern. Zweckmäßigerweise befindet sich zwischen dem oberen Ende der Glaskapillaren 19 und dem Knopf eine Feder 34, die beim Ausüben eines Drucks auf den Knopf 33 zusammengedrückt wird und nach Beendigung dieses Drucks den Knopf 33 und damit den Draht 32 nach oben schiebt, so daß der Draht 32 nicht die Bohrung 18 versperrt.

- 18 -

130050/0034

/S

Die bisher beschriebenen Ausführungsformen arbeiten, wie erwähnt, nach dem Haftkraftprinzip, was den Nachteil hat, daß sich der beweglich gelagerte Permanentmagnet bei extrem.geringen Erschütterungen bereits lösen kann, ohne daß von einer Gleichheit des magnetischen Feldes im Meß- bzw. Kompensationsspalt gesprochen werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß das magnetische Feld direkt gemessen wird.

Bei dieser Ausführungsform ist deshalb der Permanentmagnet 1 fest eingebaut und an seinen Polen mit je einer dünnen Magnetfeldsonde 20 versehen. Als bevorzugte Magnetfeldsonde wird eine sogenannte "Feldplatte" verwendet, also ein magnetfeldabhängiger Halbleiter, der auf eine dünne Keramikplatte aufgebracht wordene ist. Als Alternative hierzu können aber auch Hallsonden, 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 unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterten Elektromotor 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 1b, kleiner oder größer als die Dicke der nicht-magnetischen Schicht 4b ist, messen die beiden Magnetfeldsonden 21 unterschiedliche Magnetfelder, so daß der Operationsverstärker den Elektromotor 5 antreibt und die Kompensationsplatte

- 19 -

130050/0034

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 stehenbleibt und auf dem Rollenzählwerk 9 nach entsprechender Eichung die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 4b abgelesen werden kann.

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.

130050/0034

Leerseite

Claims

Patentanwalt Dt. Lothar Marx

Dipl.-Pbys.

Am Brombeerschlag 8000 München 70 Telefon 089 713813

Anwaltsakte 5209

Dr. Norbert Nix, Köln München, 20. Mai 1980

Patentansprüche

1 J Einrichtung zur Messung der Dicke einer nicht-magnetischen Schicht auf einer magnetischen bzw. magnetisierbaren Unterlage mit einer in Anlage an die Schicht gebrachten Heßsonde, mit einem Vergleichskörper mit ähnlichen Eigenschaften wie die Unterlage, mit einer !Compensationssonde, deren Abstand von dem Vergleichskörper veränderbar ist, und mit einer Einrichtung zur Anzeige des Abstandes zwischen

Vergleichskörper und Kompensationssonde, nach Patent

(Patentanmeldung P 28 55 912.8-52), gekennze ich net durch einen Permanentmagneten (1), dessen Meßpol (1a) auf die nicht-magnetische Schicht (4b) aufgelegt ist, durch einen Vergleichskörper (6) aus magnetischem bzw. magnetisierbarem Material, dessen Abstand von dem Gegenpol (1b) des Permanentmagneten (1) so lange verstellbar ist, bis im Meßspalt und im Kompensationsspalt das gleiche magnetische Feld bzw. die gleiche magnetische Kraft herrscht, und durch eine Einrichtung (9) zur Anzeige des Abstandes ziwschen Gegenpol (1b) und Vergleichskörper (6).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (5, 24, 24a) zur Verstellung des Vergleichskörpers (6).

130050/0034

DaulBCh· Bank Manchen 57/41111 (BLZ 70070010) Postscheckkonto München 154221-803

5209 - 2 -

31 Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein Elektromotor (5) ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein Federmotor (24 , 24a) ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß- der Permanentmagnet (1) an einem Waagebalken(2) befestigt ist, und daß die Antriebseinrichtung (5, 24) beim Abheben des Meßpols (1a) von " der Oberfläche der nicht-magnetischen Schicht (4b) angehalten wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen beim Verschwenken des Waagebalkens(2) betätigten Schalter (10) zum Anhalten des Elektromotors (5).

7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen an dem Waagebalken(2) befestigten, in ein Hemmwerk (28, 29) des Federmotors eingreifenden Stift (30)

8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Taster (12) für das Herunterdrücken des abgehobenen Permanentmagneten (1).

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichskörper (6) von dem Gegenpol (1b) des Permanentmagneten wegschwenkbar ist.

130050/0034

5209 - 3 -

10. .Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein Rollenzählwerk (9) ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (1) frei in einer Flüssigkeit schwebend in einem Behälter (16) angeordnet ist, an dessen oberem Ende der Vergleichskorper (6) angebracht ist, und daß der Abstand zwischen Vergleichskorper (6) und Magnetpol (1b) veränderbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (16) eine Auslaßöffnung (18) für die verdrängte Flüssigkeit aufweist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (18)' beim Umschlagen des Magneten

(1) von dem Meßpol (17) gegen den Vergleichskorper (6) verschlossen wird.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß an die Auslaßöffnung (18) eine mit einer Skala versehene Glaskapillare (19) angeschlossen ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (16) ein Faltenbalg ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (1) an einem Schwimmkörper (15) angebracht ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Glaskapillare ein dünner Draht (32) für das Herunterdrücken des Permanentmagneten (1) verläuft.

18. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

130050/0034

daß an den beiden Polen (1a, 1b) des Permanentmagneten (1) jeweils eine Magnetfeldsonde (20) angebracht ist, und daß der Vergleichskörper (6) solange verstellt wird, bis die beiden Magnetfeldsonden (20) das gleiche Magnetfeld messen.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetfeldsonde Feldplatten (20) verwendet werden.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung für die Verstellung des Vergleichskörpers (6).

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein Elektromotor (5) ist.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, gekennzeichnet durch einen mit den beiden Magnetfeldsonden (20) verbundenen Operationsverstärker (21) für die Ansteuerung des Elektromotors (5).

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein Rollenzählwerk (9) ist.

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein elektronisches Digitalzählwerk ist.

130050/0034