DE3249201T1

DE3249201T1 - Meßgerät von Schichtdicke oder Oberflächenrauhigkeit

Info

Publication number: DE3249201T1
Application number: DE19823249201
Authority: DE
Inventors: Frank Ogdensburg N.Y. Koch
Original assignee: DeFelsko Corp., Ogdensburg, N.Y.
Priority date: 1981-11-12
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1984-11-15
Also published as: EP0093772A1; WO1983001833A1

Description

Beschreibung

Meßgerät von Schichtdicke oder Oberflächenrauhigkeit

Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung zum Messen und Prüfern einer Schichtstärke mit Hilfe eines magnetischen Felds, insbesondere zur Bestimmung der Schichtstärke nicht-magnetischer Überzüge oder Schichten auf einem magnetischen Grundkörper.

Zum Stand der Technik

Für die Schichtstärkenmessung nicht-magnetischer Überzüge auf magnetischen Unterlagen mit Hilfe eines Magnetfelds wird auf die US-PSen 2 469 476, 2 625 585, 2 903 645, 3 521 160 und 3 699 487 verwiesen.

Aus der US-PS 2 .469 476 ist eine Vorrichtung zur Schichtstärkenbestimmung nicht-magnetischer Überzüge auf Eisen- werkstoffen bekannt, wobei sich diese Meßvorrichtung für die Bestimmung von Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche eines (spanend) bearbeiteten Werkstücks aus einem Eisenwerkstoff eignet. Nach diesem Stand der Technik wird eine einstellbare Stabmagnetbrücke zwischen den Schenkeln eines U-formigen Magneten gelagert. Die Schenkel des U-Magneten werden auf die zu

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untersuchende Fläche aufgesetzt. Der gelagerte Staubmagnet weist einen Indikator auf und ist mit einer Feder derart vorgespannt, daß Änderungen des magnetischen Flusses in dem U-Magnet die Schichtstärke oder Rauhigkeit bzw. Rauhtiefe anzuzeigen vermögen.

Bei dem magnetischen Meßgerät nach US-PS 26 25 585 wird das Prinzip benutzt, daß Kräfte nötig zur Lösung eines Magnets von einem Werkstück umgekehrt proportional der Stärke eines nicht-magnetischen Überzugs auf der Oberfläche eines magnetischen Grundkörpers sind. Auf dem gleichen Prinzip arbeitet das etwas komplexere Gerät nach US-PS 2 903 645.

Die US-PS 3 521 160 ist ein Beispiel einer ganzen Anzahl von Patenten zur magnetischen Schichtstärkenbe-

Magnet auf
Stimmung, wobei ein / einem Ende eines im Gleichgewicht drehbar gehaltenen Arms angewandt wird, welcher über eine Feder mit einer Skala verbunden ist. Die Skala oder Skalenscheibe, bis die zunehmende Spannung der Feder den magnetischen Kontakt unterbricht* nun läßt sich die Schichtstärke direkt von der Skala ablesen.

Nach der US-PS 3 699 487 werden für die magnetische Schichtstärkenmessung Magnete aus anisotropem Material angewandt.

Nach diesen magnetischen Schichtstärken-Meßmethoden wird der Magnet auf eine beschichtete Stahloberfläche aufgesetzt und durch eine Feder abgezogen. Die Kraft, die zum Abziehen der Feder von der Oberfläche erforderlich ist, ist angezeigt auf einer Skala, in welcher direkt die Beschichtungsstarke abzulesen ist. Die Feder-

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kraft und die Magnetkraft sind nicht komplementär und ergeben eine iogarithmische Skala. Mit der Zeit ändert sich jedoch der Magnetismus des Magnets und die Feder ist einer Ermüdung und Temperaturschwankungen ausg'esetzt. Um ausreichende Genauigkeit zu erhalten, müßten die bekannten Meßgeräte individuell geeicht werden und erforderten beträchtliche Arbeit, die sehr zeitaufwendig war. Diese sogenannter. "Abzieh-Meßgeräte" wurdeii im allgemeinen gegenüber einer Weichstahlplatte . geeicht. Sobald eine beschichtete Stahloberfläche rauh ist oder die Unterlage oder der Grundkörper aus einer anderen Stahlgüte besteht als die, welche zur Eichung angewandt worden ist, werden die Ablesungen auf einem solchen Meßgerät relativ.

Im Hinblick auf die Begrenzungen der bekannten Geräte ist es Aufgabe der Erfindung₍ein Vergleichs-Meßgerät für Schichtstärke und Rauhtiefe zu bringen, welches die nicht-komplementäre Wechselwirkung zwischen Magnetkraft und Federkraft vermeidet.

Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Meßgerätes ist die Abhängigkeit der Magnetkraft von der Reibung.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsge- : mäßen vergleichenden Meßgeräts besteht dieses aus folgenden Elementen:
(a) ein Dauermagnet in Stabform oder ein Stab mit gleichen Magneten an den beiden Enden; . (b) ein fenrraagnetischer Stab etwa parallel zu dem Dauermagnetstab oder dem Stab mit gleichen Magneten auf jedem Ende;
(c) nicht-magnetische Gleitelemente oder Abstandhalter zur Verhinderung der Berührung des Stabmagneten und des ferromagnetischen Stabs und

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(d) Indikator in der Mitte des Magnetstabs. .

Bei der Messung wird das erfindungsgemäße Gerät zuerst auf einen ersten oder Bezugs-Pol des Stabmagneten in Berührung mit einem Bezugs-f erromagnetisc.hen-Grundmaterial gebracht. Der zweite oder Meß-Pol des Stabraagnets wird in Berührung mit der überzogenen oder rauhen ferromagnetischen Prüf-Fläche gebracht. Beide Abstandhalter werden an die Enden der Meß- bzw. Bezugs-Pole bewegt und dann gegeneinander von Hand oder auf andere Weise bewegt. Eine Anzeige in der Mitte oder an der mittleren Position des Stabmagnets ist vorgesehen und Abweichungen von diesem Mittenpunkt beim Zusammentreffen der Gleitkörper oder Abstandhalter ist ein Anzeichen für die Stärke und/oder Rauhtiefe der Prüffläche.

Die Erfindung wird an beiLiegenden Zeichnungen weiter erläutert. , ■ ' ■ ■ . ..

Figr 1 ist.eine Seitenansicht» teilweise im Schnitt

eines erfindungsgemäßen vergleichenden Gerätes zur Bestimmung der Schichtstärke und Rauhtiefe mit Bezugsfläche und einer beschichteten Fläche, Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Boden des Gerates aus Fig. 1 und

Fig. 3 ist ein Teil-Querschnitt des Geräts aus Fig. entlang III-III.

Detailierte Beschreibung der besten Methode zur Be-Stimmung der Schichtstärke oder Rauhtiefe und der Anwendung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungs-\ gemäßen Meßgeräts*.

Das in Fig. 1 gezeigte Meßgerät besitzt ein Gehäuse mit einer Skala 4. Die Skala 4 ist an einer Seite von

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der Mitte des Dauermagnetstabs 6 plus und auf der anderen Seite der Mitte des Dauermagnetstabs minus.

Der Dauermagnetstab 6 ist in Bohrungen 8, 10 an jedem Ende des Gehäuses gelagert. Das Gehäuse 2 be- ■

steht aus einem nicht-magnetischen Werkstoff; der Dauermagnetstab 6 ist in den Bohrungen 8 bzw. 10 sicher so durch Reibung gehalten, daß die Mitte des Dauermagnetstabs in Übereinstimmung mit dem Nullpunkt auf der TO Skala 4.steht.

Nicht-magnetische Gleitelemente oder Abstandhalter 12, 14 halten einen ferromagnetischen Stab 16 im wesentlichen parallel zum Dauermagnetstab 6. Der ferro-5 magnetische Stab 16 ist bevorzugt ein kaltgewalzter Stahlstab. Die Enden 15 des Gehäuses 2 verhindern eine horizontale Bewegung des ferromagnetischen Stabes 16.

Ein einstellbarer Abstandhalter 18 ist lösbar in dem Gehäuse 2 mit Hilfe einer Schraube 20 fixiert. Eine unbeschichtete Stahlplatte 24 befindet sich in unmittelbarer Nähe des Bezugs-Pols 22, d. h. des einen Endes des Dauermagnetstabes 6₍ und ein Meß-Pol 26, d. h. das andere Ende des Dauermagnetstabs 6, ist gegen den Überzug 28 einer Stahlplatte 30 gerichtet. Der Abstandhalter 18 weist eine V-Nut an einem Ende auf und ist einstellbar derart, um auch gegebenenfalls einen Stab (nicht gezeigt) und nicht nur eine Platte 24 aufzunehmen bzw. sich daran anzulegen. Während des Betriebs des Gerätes, und zwar entweder zur Eichung oder zur Bestimmung, ist die nicht-beschichtete Stahlplatte 24 (bzw. ein Stab) abnehmbar fixiert an einem Ende des Gerätes mit Hilfe eines elastischen Bauteils oder einer

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Feder 17. Die Feder 17 geht über zwei Arme 39, die sich von jeder Seite des Gehäuses 2 erstrecken. Die Arme 39 sind mit Nuten versehen, ..so daß sie sicher die Enden der Feder 17 aufzunehmen vermögen. Auf diese Weise ■ wird die Platte 24 lösbar gegen das Ende des Dauermagnetstabs 6 und das Ende des verstellbaren Abstand- . halters 18 gehalten.

Nicht-magnetische Werkstoffe: Gehäuse 2, Abstandhalter und 14, verstellbarer Abstandhalter 18 und Schraube 20 bestehen aus zweckmäßigerweise nicht-weichgestellten Kunststoffen wie Nylon 6-6 oder Kupfer bzw. Kupferlegierungen wie Messing.

Aus der Fig. 2 entnimmt man, daß der verstellbare Abstandhalter 18 einen Verstellschlitz 19 aufweist, so daß sich der Abstandhalter 18 relativ zum Gehäuse bewegen läßt, wenn die Platte 24 durch einen (nicht gezeigten) Stab ersetzt ist.

Das in Fig. 3 gezeigte Gleitelement 14 greift mit zwei Nuten 32, 34 in eine Längsöffnung 36 des Gehäuses 2 ein und trägt die Stäbe 16 und 6 in den Bohrungen 38 bzw. 40.

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Anhand der Fig. 1 soll nun die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Geräts dargelegt werden. Zur Ermittlung der Stärke eines nicht-magnetischen Überzugs 28 auf der Platte oder Unterlage 30 wird der Meß-Pol 26 auf den Überzug 28 aufgesetzt. Der Meß-Pol 26 ist vorzugsweise

zu
senkrecht zu dem/messenden Überzug angeordnet. In gleicher Weise ist der Bezugs-Pol 22 vorzugsweise senkrecht zu der Bezugsplatte 24 angeordnet. Beide Platten, nämlich 30 und 24, bestehen vorzugsweise aus dem gleichen

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ferromagnetischen Werkstoff, nämlich Stahl, und haben vorzugsweise die gleiche Stärke oder Rauhtiefe.

Die Prüfplatte 30 mit dem zu bestimmenden Überzug kann horizontal oder vertikal sein, wobei der Meß-Pol 26 mit einem Winkel von 45° zur Platte 30 angeordnet sein kann.

Jeder Einfluß der Schwerkraft auf die Genauigkeit des

wird
Meßgeräts/minimal gehalten, wenn das Gerät in einem

Winkel von 45° zur Horizontalen gehalten wird.

Ist das Gerät in einem Winkel von 45° zu dem■zu messenden Überzug orientiert, so erstreckt sich vorzugsweise der Stab 6 ausreichend weit über die Enden des Gehäuses, so daß das Gerät leicht in einen Winkel 45° gebracht werden

15- kann, wobei das Ende des Stabs .6 in Berührung mit dem zu messenden Überzug steht.

Ob nun das Gerät horizontal, vertikal oder in einem Winkel von 45° gehalten wird, so werden die Gleitelemente oder Abstandhalter 12 und 14 nach außen gegen den Meß-Pol 26 bzw. den Bezugs-Pol 22 bewegt und dann bis zum Zusammenstoß zusammengeschoben.

Wegen des Überzugs 28 wird der Meß-Pol von der Platte 30 nicht in dem Ausmaße angezogen wie der Bezugs-Pol 22 von der Platte 24 angezogen wird. Die magnetische Anziehung des Pols 26 an die Platte 30 ist umgekehrt proportional der Schichtstärke des Überzugs 28 und als Folge der verminderten magnetischen Anziehung wird der Stab 16 stärker an den Meß-Pol 2 6 gezogen.

Als Folge dieser erhöhten magnetischen Anziehung zwischen Meß-Pol 26 und Stab 16 ist auf das Gleitelement 12 mehr Kraft aufzubringen, so daß - wenn das Gleitelement 12 nach rechts bis

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zur Berührung mit dem Gleitelement 14 bewegt wird - ei no größere Reibung aufgebracht wird. Infolge der größeren Reibung zwischen Gleitelement 12 und den Stäben 6 und 1 6 wird das Gleit- .. element 12 verschoben und gelangt auf die linke Seite der Nullmarke auf der Skala 4, wenn sich die beiden Gleitelement 12 und 14 treffen. Die Ablesung auf der Skala 4 ist nun ein Maß für die Stärke des Überzugs28.

Das erfindungsgemäße Gerät läßt sich auch in anderer Weise betreiben. So kann man beispielsweise anstelle der Bezugsplatte 24 eine Standardplatte mit einem Überzug bekannter Stärke anwenden. Auf diese Weise lassen sich größere Schichtstärken mit dem Meß-Pol 26 ermitteln, ohne den Skalenbereich zu überschreiten. '■ ^:

Bei einer weiteren Variation wird der Bezugs-Pol 22 zuerst vorzugsweise in einen Winkel von 45° zur Horizontalen gebracht und berührt eine - nicht gezeigte - Bezugsplatte, die entweder horizontal oder vertikal angeordnet ist. An dem Meß-Pol 26 ist dann keine Platte vorgesehen.

Die Gleitelemente 12 und 14 werden wieder gegen Meß-Pol 26 bzw. Bezugs-Pol 22 bewegt' und dann züsammengeschoben,bis sie sich treffen,und die erste Ablesung links von Null auf der Skala 4 notiert.

Nun wird der Bezugs-Pol 22 gegen die Platte 30 bzw. vorzugsweise in einem Winkel von 45° gegen diese gebracht, welche einen nicht-magnetischen Überzug 28 . aufweist. auch in diesem Fall befindet sich keine Platte am Meß-Pol 26.

Die Gleitelemente 12 und 14 werden gegen den Meß-Pol bzw. den Bezugs-Pol 22 bewegt und dann zusammenge-

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ΐΑ-57 387 , -?- "*"^4υΊ

schoben .bis sie sich treffen, worauf die zweite Ablesung links von Null der Skala 4 vermerkt wird.

Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ablesung ergibt die Schichtstärke des Überzugs 28.

Die obigen Ausführungen stellen keine Begrenzung sondern nur spezielle Ausführungsformen dar, so daß dem Fachmann übliche Variationen möglich sind.

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Claims

Pate nt a η s ρ r ü c h e

1. / Vergleichendes Meßgerät zur Ermittlung der Schicht-"dicke/bzwi der Rauhtiefe von ferromagnetischen Werkstoffen, bestehend aus

(6)

(a) einem Dauermagnetstab/mit einer Mitte, einem Bezugs-Pol/und einem Meß-Pol (26),

(b) einem ferromagnetischen Stab/parallel zum Dauer-

(12, 14)

magnetstab angeordnet,
■Cc) zumindest zwei nicht-magnetische Gleitelemente/, die. 10 den Dauermagnetstab und den ferromagnetischen Stab abstützen und im wesentlichen in paralleler Lage

halten, und

(2)
(d) ein Gehäuse^ auf dem die Mitte (des Dauermaghet-

stabes) angezeichnet ist und sich einer der Pole 15 über eine Seite des Gehäuses erstreckt und das Ge-.

häuse eine auf die Schichtstärke abgestimmte Anzeigeskala (4) aufweist.

2. Gerät nach Anspruch !,dadurch ge kenn 20 zeichnet, daß die Gleitelemente in einem nichtmagnetischen Gehäuse aufgehängt sind und die Anzeigeskala sich auf dem Gehäuse parallel zu den Stäben befindet.

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iA-57 387 - ? -

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein verstellbarer Abstandhalter (1 8) auf dem Gehäuse entfernbar montiert in unmittelbarer Nähe des Bezugs-Pols vorgesehen ist.

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4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse, die Abstandhalter und der verstellbare Abstandhalter aus Kunststoff besteht.

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5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ e i, c, h η e t , daß beide Pole (des Dauermagnetstabs) über das Gehäuse hinausreichen.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k en η -

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zeichnet, daß eine Bezugsplatte/losbar in unmittelbarer Nähe des Bezugs-Pols vorgesehen ist.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß einer der Pole (des Dauermagnetstabs) sich ausreichend über die eine Seite des Gehäuses erstreckt, daß das Gerät in einem Winkel von 45° zu,dem zu bestimmenden Überzug angeordnet werden kann.

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