DE3425354A1 - Sheet-thickness measurement - Google Patents
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- G01N27/9053—Compensating for probe to workpiece spacing
Abstract
Description
BlechdickenmessungSheet thickness measurement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen von Blechdickenmessungen nach dem Wirbelstromprinzip, bei dem eine von Wechselstrom geeigneter Frequenz durchflossene Prüfspule in einem zwischen 0 und 8 mm liegenden Abstand an das zu messende Blech angelegt und die Impedanzänderung der Spule bei konstant gehaltenem Strom durch Messen der der Blechdicke entsprechenden Spulenspannung nach Amplitude und/oder Phasenlage zum Spulenstrom bestimmt wird.The invention relates to a method for performing sheet thickness measurements according to the eddy current principle, in which a frequency suitable for alternating current flows through it Test coil at a distance of between 0 and 8 mm from the sheet to be measured applied and the impedance change of the coil with the current held constant Measurement of the coil voltage corresponding to the sheet thickness according to amplitude and / or Phase position to the coil current is determined.
Bei der Blechdickenbestimmung von Blechen nach dem oben angegebenen Wirbelstromverfahren wird die Tat-sache ausgenutzt, daß eine wechselstromdurchflossene Spule, kommt sie in die Nähe von Blechen, also metallisch leitenden Metallmassen, ihre Impedanz ändert. Ursache hierfür sind die in den Metallmassen entstehenden Wirbelströme, also die durch die erzeugten magnetischen Wechselfelder entstehenden Flußänderungen, die mit Energieverlusten verbunden sind. Wird in geeigneter Weise der die Spule durchfließende Strom konstant gehalten, so ist die an der Spule anliegende Spulenspannung direkt ein Maß für die Impedanz und damit auch für die Leitfähigkeit der von den Wirbelströmen durchsetzten Metallmassen. Da diese Leitfähigkeit einmal vom Material und zum anderen auch von dessen Dicke abhängt, die Leitfähigkeit jedoch bei einer einzigen Rlechsorte als praktisch gleichbleibend angenommen werden kann, ist es zulässig, die Leitfähigkeit mit der von den Wirbelströmen durchflossenen Dicke des Materials gleichzusetzen. Damit ergibt sich aber auch, daß die Impedanz der Prüfspule, wird sie an ein zu messendes Blech angelegt, direkt das Maß der Dicke für dieses Blech angibt.When determining the sheet thickness of sheets according to the above Eddy current method is used the fact that an alternating current Coil, does it come close to sheet metal, i.e. metallically conductive metal masses, their impedance changes. This is due to the in the metal masses resulting eddy currents, i.e. the generated magnetic alternating fields resulting flux changes, which are associated with energy losses. Will be more appropriate If the current flowing through the coil is kept constant, so is that at the coil applied coil voltage directly a measure for the impedance and thus also for the Conductivity of the metal masses penetrated by the eddy currents. Because this conductivity The conductivity depends on the material and also on its thickness however, it can be assumed to be practically constant for a single Rlechsorte it is permissible to compare the conductivity with that of the eddy currents flowing through it Equal to the thickness of the material. However, this also means that the impedance the test coil, if it is applied to a sheet metal to be measured, the measure of the thickness directly for this sheet.
Ein störender Faktor hierbei ist der Abstand der Prüfspule vom Blech. Korrekte Messungen lassen sich auf diese Art und Weise nur erzielen, wenn die induzierende Prüfspule direkt auf das Blech aufgelegt beziehungsweise aufgedrückt wird.A disruptive factor here is the distance between the test coil and the sheet metal. Correct measurements can only be achieved in this way if the inducing Test coil is placed or pressed directly onto the sheet metal.
Bei schwankenden Abständen der Prüfspule von der Blechoberseite ergeben sich sehr große Impedanzänderungen, die eine korrekte Messung nicht mehr zulassen. Die Schwierigkeit bei der Durchführung von Blechdickenmessungen nach dem beschriebenen Wirbelstromverfahren besteht daher darin, daß entweder die Prüfspule abstandslos auf das Blech aufzupressen, oder ein stets gleichbleibender Abstand zwischen der Prüfspule und der Blechoberseite einzuhalten ist. Bei der fortlaufenden Messung von an der Meßstelle vorbeigeführten Blechen ist es jedoch äußerst schwierig, sowohl die Prüfspule fest auf das Blech aufzupressen, wie auch sie in einem stets gleichbleibenden Abstand von der Blechoberseite zu führen. Messungen der Blechdicken unter Anwendung des oben angegebenen, ansonsten sehr wirtschaftlichen Verfahrens, sind daher stets mit einem verhältnismäßig großen Unsicherheitsfaktor behaftet.If the distance between the test coil and the top of the sheet fluctuates there are very large changes in impedance that no longer permit correct measurement. The difficulty in carrying out sheet thickness measurements according to the one described Eddy current method is therefore that either the test coil without a gap to be pressed onto the sheet metal, or a constant distance between the Test coil and the top of the sheet must be observed. With continuous measurement of sheets passed by the measuring point, however, it is extremely difficult both to press the test coil firmly onto the sheet metal, as well as it in a constant way Distance from the top of the sheet. Sheet thickness measurements using of the above-mentioned, otherwise very economical process, are therefore always with a relatively large one Affected by a factor of uncertainty.
Eine weitere Unsicherheit ergibt sich noch bei der Messung der der Blechdicke entsprechenden Spulenspannung. Diese Spulenspannung kann entweder nach ihrer Amplitude und/oder nach der Phasenlage zu dem erzeugenden Strom bestimmt werden. Da jedoch in beiden Fällen die Spannungsänderungen sehr gering sind, ist zur sicheren Bestimmung der Spulenspannung ein verhältnismäßig großer Aufwand erforderlich.Another uncertainty arises when measuring the Sheet thickness corresponding to the coil voltage. This coil voltage can be either after their amplitude and / or according to the phase relation to the generating current can be determined. However, since the voltage changes are very small in both cases, it is safe to use Determination of the coil voltage requires a relatively large amount of effort.
Dieser große Aufwand würde derartige Geräte so sehr verteuern, daß sie nicht abgesetzt werden könnten. Man begnügt sich daher bei den bekannten Geräten mit einem geringeren Aufwand beziehungsweise einer verhältnismäßig großen Unsicherheit bei der Bestimmung dieser, der Blechdicke entsprechenden Spulenspannung.This great effort would make such devices so expensive that they could not be discontinued. One is therefore content with the known devices with less effort or a relatively high level of uncertainty when determining this coil voltage corresponding to the sheet thickness.
Insgesamt ergeben sich hierdurch Meßfehler, die den Einsatz eines derartigen Gerätes nur für untergeordnete Aufgaben, beispielsweise die Bestimmung von Doppelblechen, möglich erscheinen lassen.Overall, this results in measurement errors that make the use of a such device only for subordinate tasks, such as determination of double sheets, make it appear possible.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, wie mit Hilfe des Wirbelstromprinzips auf wirtschaftliche Art und Weise Blechdicken präzise bestimmt werden können.The object of the invention is to provide a method such as using the eddy current principle precisely determines sheet thicknesses in an economical way can be.
Erreicht wird dies in erfindungsgemäßer Weise dadurch, daß die eine Differenzspannung zwischen einer Vergleichsspannung, deren Vektorendpunkt in der Nähe des Endpunktes des voraussichtlichen Spulenspannungs-Vektors liegt und der Spulenspannung bestimmt wird.This is achieved according to the invention in that the one Difference voltage between a comparison voltage whose vector end point is in the Is close to the end point of the anticipated coil voltage vector and the Coil voltage is determined.
Nicht mehr also wie bisher wird direkt die Amplitude und/ oder die Phasenlage des Spannungsvektors der Spulenspannung gemessen, sondern es wird eine Differenzspannung gemessen zwischen einer, zumindest für die jeweilige Meßreihe, konstanten Vergleichsspannung und dieser Spulenspannung. Dadurch kann der Ursprung der Differenzspannung so gelegt werden, daß bereits kleine Anderungen des Spannungsvektors der Spulenspannung verhältnismäßig große Anderungen des Vektors der Differenzspannung hervorrufen, die sodann unschwer, auf jeden Fall ohne großen Aufwand, gemessen und damit letzten Endes auch die Impedanzänderungen bestimmt werden können. Die Messung ist jedoch damit nicht nur vereinfacht worden, gelingt also auf wirtschaftliche Art und Weise, sondern sie ist auch wesentlich genauer geworden, da der Meß-Unsicherheitsfaktor weggefallen ist. Dies ist insbesondere dann zutreffend, wenn der Vektorendpunkt der Vergleichsspannung innerhalb der konkav gekrümmten Ortskurve liegt, die vom Vektorendpunkt der Spulenspannung bei auf das Blech aufgelegter Spule (Abstand = 0) beim Durchfahren der zu messenden Blechdicken erzeugt wird. Innerhalb des Meßbereichs, also zwischen einer Blechdicke von 0 bis etwa 8 mm, kann hierbei eine Phasenlagenänderung der Differenzspannung von über 1800 hervorgerufen werden, die selbstverständlich auch entsprechend präzise mit verhältnismäßig einfachen Meßgeräten festzustellen ist.The amplitude and / or the direct is no longer as before Phase position of the voltage vector of the coil voltage is measured, but it becomes a Differential voltage measured between one, at least for the respective measurement series, constant equivalent voltage and this coil voltage. Through this can the origin of the differential voltage can be placed so that even small changes of the voltage vector of the coil voltage, relatively large changes in the vector cause the differential voltage, which then easily, in any case without major Effort, measured and thus ultimately also the impedance changes can be determined can. However, the measurement has not only been simplified, so it works in an economical way, but it has also become much more precise, because the measurement uncertainty factor has been removed. This is particularly true if if the vector end point of the equivalent stress is within the concavely curved locus from the vector end point of the coil voltage when the coil is placed on the sheet metal (Distance = 0) is generated when passing through the sheet thickness to be measured. Within of the measuring range, i.e. between a sheet thickness of 0 to about 8 mm, can here a phase change in the differential voltage of more than 1800 is caused, Which of course is also correspondingly precise with relatively simple measuring devices is to be determined.
Gelingt es auf diese Art und Weise, den Unsicherheitsfaktor beim Messen der Spulenspannung zu beseitigen, so gelingt es auch in Weiterbildung der Erfindung, die Einwirkung des Abstandes der Prüfspule von der Blechoberfläche dadurch zu eliminieren, daß der Vektorendpunkt der Vergleichsspannung im Kreuzungsbereich der verlängerten (angenäherten) Geraden liegt, die, bei jeweil gleichbleibenden Blechdicken, vom Vektorendpunkt der Spulenspannung bei unterschiedlichem Abstand von der Blechoberfläche erzeugt werden. Innerhalb eines praktikablen Bereiches zwischen 0 und 8 mm muß daher dieser Abstand zwischen Prüfspule und Blechoberfläche nicht mehr berücksichtigt werden beziehungsweise Schwankungen dieses Abstandes gehen nicht mehr in die Messung ein. Damit ist auch der zweite Unsicherheitsfaktor bei der Anwendung des Wirbelstromprinzips zur Dickenmessung von Blechen eliminiert, so daß auf äußerst wirtschaftliche, einfache Art und Weise die Blechdicke derartiger Bleche präzise bestimmt werden kann.In this way it succeeds in eliminating the uncertainty factor when measuring to eliminate the coil voltage, so it is also possible in a further development of the invention, thereby eliminating the effect of the distance between the test coil and the sheet metal surface, that the vector end point of the comparison voltage in the intersection area of the extended (approximate) straight lines that, with constant sheet thicknesses, from Vector end point of the coil voltage at different distances from the sheet metal surface be generated. Therefore, within a practicable range between 0 and 8 mm this distance between test coil and sheet metal surface is no longer taken into account or fluctuations in this distance are no longer included in the measurement a. This is also the second uncertainty factor when applying the eddy current principle for measuring the thickness of sheet metal eliminated, so that on extremely economical, simple way the sheet thickness of such sheets can be precisely determined can.
Da im allgemeinen dieser Kreuzungsbereich der verlängerten Geraden etwa in der Nähe der Imaginärachse liegt, empfiehlt es sich, und ist es in der Praxis durchaus vertretbar, daß die Vergleichsspannung um + 0900 zum Spulenstrom verdreht ist, wodurch es möglich ist, kommerziell angebotene, sehr preiswerte Phasenschieber einzusetzen.As in general this intersection area of the extended straight line is roughly close to the imaginary axis, it is recommended, and in practice it is It is entirely reasonable that the comparison voltage is rotated by + 0900 to the coil current is, which makes it possible to use commercially available, very inexpensive phase shifters to use.
Auf den beigefügten Zeichnungen soll das Verfahren nach der Erfindung erläutert werden. Hierbei zeigen:-Fig. 1 das Vektorbild bei in der Nähe der Spulenspannung angeordneter Vergleichsspannung, Fig. 2 das Vektorbild bei in der Imaginärachse liegender Vergleichsspannung und Fig. 3 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The method according to the invention is shown in the accompanying drawings explained. Show: -Fig. 1 the vector image at near the coil voltage arranged comparison voltage, FIG. 2 the vector image at in the imaginary axis lying comparison voltage and FIG. 3 shows a block diagram of the device for Implementation of the procedure.
In der Abszisse des Diagramms nach Fig. 1 ist die Oszillatorspannung UO eingezeichnet. Vom Ursprung dieses Vektors UO geht aus die Spulenspannung Usp, wie auch die Vergleichsspannung U . Die Differenzspannung U dl verbindet v die Endpunkte der Vektoren Uv und U Der Spannungsvektor Usp endet bei der Blechdickenangabe 1,0 der Ortskurve 1, die sämtliche Blechdicken eines Materials zwischen 0 und 5 mm ...es verbindet. Infolgedessen zeigt auch der Differenz-Spannungsvektor Udl auf diesen Wert. Gemessen wird nun lediglich noch entweder die Phasenlage zwischen diesemiDifferenz-Spannungsvektor Udl und dem Vektor der Vergleichsspannung U und/oder auch die Amplitude dieser v Differenzspannung Udl. Ein weiterer gestrichelter Vektor Ud3 zeigt auf die Blechdicke 3,0 mm. Es ist deutlich erkennbar, daß die Phasenlage zwischen der Vergleichsspannung U und dem auf 1,0 mm Blechdicke weisenden Differenz-Spannungsvektor Udl sehr unterschiedlich ist von derjenigen des Differenz-Spannungsvektors Ud3, daß also diese Phasenlage ohne Schwierigkeiten bestimmt und der entsprechenden Blechdicke zugeordnet werden kann.In the abscissa of the diagram of FIG. 1 is the oscillator voltage UO drawn. The coil voltage Usp starts from the origin of this vector UO, as well as the reference voltage U. The difference voltage U dl connects v the end points of the vectors Uv and U The voltage vector Usp ends when the sheet thickness is specified as 1.0 the locus 1, which contains all sheet metal thicknesses of a material between 0 and 5 mm ... es connects. As a result, the differential voltage vector Udl also points to this Value. Now only either the phase position between this difference voltage vector is measured Udl and the vector of the comparison voltage U and / or the amplitude of this v Differential voltage Udl. Another dashed vector Ud3 points to the sheet metal thickness 3.0 mm. It can be clearly seen that the phase position between the reference voltage U and that to 1.0 mm sheet thickness pointing difference voltage vector Udl is very different from that of the differential voltage vector Ud3, so that this phase position is determined without difficulty and the corresponding sheet thickness can be assigned.
In Fig. 2 zeigt das Diagramm wiederum die Oszillatorspannung UO und, mit dem Phasenwinkel von 0900 hierzu, die Vergleichsspanung Uv Eingezeichnet ist wiederum die Spulenspannung Usp, auch'hier wieder weisend auf die Blechdicke 1,0. Auch hier geht wiederum der Differenz-Spannungsvektor Ud aus vom Endpunkt des Spannungsvektors Uv der Vergleichsspannung zum Endpunkt des Vektors U der Spulenspannung. Auch hier bei dieser sp Anordnung ist auf den ersten Blick ersichtlich, daß sich bei Anderungen der Blechdicke eine relativ zu der-Anderung der Spulenspannung große Anderung der Differenzspannung ergibt, die unschwer zu erfassen ist.In Fig. 2 the diagram again shows the oscillator voltage UO and, with the phase angle of 0900 to this, the comparison voltage Uv is drawn in again the coil voltage Usp, also here again pointing to the sheet metal thickness 1.0. Here, too, the difference voltage vector Ud starts from the end point of the voltage vector Uv of the comparison voltage at the end point of the vector U of the coil voltage. Here too with this sp arrangement it is evident at first glance that changes the sheet thickness is a large change in relation to the change in the coil voltage Differential voltage results, which is easy to grasp.
Eingezeichnet in dieses Diagramm sind, von den jeweiligen Blechdicken-Punkten ausqehende Gerade, die sich in einem Kreuzungsbereich 2 schneiden. Die Geraden verbinden hierbei die vom Spulenspannungsvektor Usp erzeugten Endpunkte beim Abheben der Prüfspule 4 von der Oberfläche des zu messenden Bleches. Einige Meßpunkte bei einem Abstand von 2 und von 4 mm sind in diese Geraden eingezeichnet. Die Fortsetzung dieser Geraden führt zu dem oben besprochenen Kreuzungsbereich 2, während tatsächlich die Endteile dieser Geraden, also bei zu weiter Distanz der Prüfspulen vom Blech gegen den Nullpunkt der Ortskurve 1 führen.In this diagram are drawn from the respective sheet thickness points outgoing straight lines that intersect in an intersection area 2. Connect the straight lines here the end points generated by the coil voltage vector Usp when the test coil is lifted off 4 from the surface of the sheet to be measured. A few measuring points at a distance of 2 and 4 mm are drawn in these straight lines. The continuation of this straight line leads to the intersection area 2 discussed above, while actually the end parts this straight line, i.e. if the distance between the test coils and the sheet metal is too great, towards the zero point the locus 1 lead.
Wird der Endpunkt des Spannungsvektors Uv der Vergleichsspannung direkt in diesen Kreuzungsbereich Z geführt, so wird vollkommen der Einfluß des Abstandes der Prüfspule 4 von der Blechoberfläche eliminiert. Im gezeigten Beispiel liegt jedoch der Endpunkt des Vergleichsspannungsvektors Uv etwas neben diesem Kreuzungsbereich 2, um damit preiswerte Phasenschieber-Elemente, die eine Phasenverschiebung um 090° herbeiführen, verwenden zu können; Der hierdurch entstehende geringfügige Meßfehler ist in der Praxis vernachlässigbar.The end point of the voltage vector Uv becomes the comparison voltage directly guided into this intersection area Z, the influence of the distance is completely the test coil 4 is eliminated from the sheet metal surface. In the example shown is however, the end point of the equivalent stress vector Uv something next to this intersection area 2 in order to make inexpensive phase shifter elements that a Bring about phase shift of 090 °, to be able to use; The resulting slight measurement error is negligible in practice.
Eingezeichnet in das Diagramm ist auch die Differenzspannung Ud, augehend vom Ursprung des Diagramms, mit dem Winkel . Selbstverständlich kann neben der Phasenlage dieses Spannungsvektors U d auch noch dessen Amplitude gemessen werden.The diagram also shows the differential voltage Ud, starting from the origin of the diagram, with the angle. Of course, in addition to the phase position this voltage vector U d and its amplitude can also be measured.
Fig. 3 schließlich zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Prüfspule 4 von einem Sinusgenerator mit nachgeschalteter Wechselstrom-Konstanthalteregelung 1 gespeist wird. Weiter gespeist wird von diesem Generator 1 ein Phasenschieber 2, der über einen Verstärker 3 die so gebildete phasenverschobene Vergleichsspannung Uv einem Subtrahierer 5 zuleitet, der die Differenz aus der Spulenspannung U und der Vergleichsspannung Uv bildet. Diese Differenzspannung Ud gelangt nunmehr über einen Phasen/Spannungswandler 6, dem außerdem die Oszillatorspannung UO zugeleitet wird, zu einem Komparator 7, der die Auswertung des Endsignales übernimmt. - Leerseite -Finally, FIG. 3 shows an arrangement for carrying out the process according to the invention Method, the test coil 4 from a sine generator with a downstream AC constant holding control 1 is fed. It continues to be fed from this Generator 1 a phase shifter 2, the phase shifted via an amplifier 3 Comparison voltage Uv fed to a subtracter 5, the difference from the coil voltage U and the comparison voltage Uv. This differential voltage Ud now arrives Via a phase / voltage converter 6, which is also supplied with the oscillator voltage UO becomes, to a comparator 7, which takes over the evaluation of the end signal. - Blank page -
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843425354 DE3425354A1 (en) | 1984-07-10 | 1984-07-10 | Sheet-thickness measurement |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19843425354 DE3425354A1 (en) | 1984-07-10 | 1984-07-10 | Sheet-thickness measurement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3425354A1 true DE3425354A1 (en) | 1986-01-23 |
Family
ID=6240264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19843425354 Withdrawn DE3425354A1 (en) | 1984-07-10 | 1984-07-10 | Sheet-thickness measurement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3425354A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2675579A1 (en) * | 1991-04-22 | 1992-10-23 | Tokyo Gas Co Ltd | FAULT DETECTOR FOR A METAL MATERIAL, IN PARTICULAR A PIPE, AND A DISTANCE FIELD FOUCAULT CURRENT SENSOR FOR THIS SENSOR. |
| WO2011141672A1 (en) | 2010-05-12 | 2011-11-17 | Senstronic (Société Par Actions Simplifiée) | Device for detecting and counting metal elements |
| WO2014166792A1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | Robert Bosch Gmbh | Sensor device, steering angle sensor device, and method for determining the position of a metal object |
-
1984
- 1984-07-10 DE DE19843425354 patent/DE3425354A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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