DE3919131A1 - Vorrichtung und verfahren zur beruehrungslosen messung der schichtdicke eines nichtleitenden materials sowie verwendung der vorrichtung zur messung kunststoffbeschichteter metallteile - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur beruehrungslosen messung der schichtdicke eines nichtleitenden materials sowie verwendung der vorrichtung zur messung kunststoffbeschichteter metallteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungs
losen Messung der Schichtdicke eines nichtleitenden
Materials, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher
spezifiziert ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf
ein Verfahren zur Kalibrierung des in der Vorrichtung
vorzugsweise verwendeten Wirbelstromsensors und auf die
Verwendung des Verfahrens bei der Schichtdickenmessung von
kunststoffbeschichteten Metallteilen.
Es ist bekannt, zur Schichtdickenmessung ionisierende
Strahlen zu verwenden. Dabei wird im wesentlichen die
Absorption durch das entsprechende Material gemessen und
daraus die Schichtdicke ermittelt. Dieses bekannte Ver
fahren hat den Nachteil, daß häufig - im Hinblick auf die
verwendeten Strahlen - entsprechende Schutzmaßnahmen vorge
sehen werden müssen. Außerdem kann es u. U. zu einer Schä
digung des Meßgutes kommen.
Bekannt sind ferner Ultraschallmeßverfahren zur Schicht
dickenmessung, die allerdings den Nachteil besitzen, daß
ständig ein Ankoppelmedium, z.B. Wasser, zugeführt werden
muß. Außerdem hängt die Genauigkeit dieses Meßverfahrens
stark von den evtl. Schallgeschwindigkeitsänderungen des
Meßgutes ab.
Als bekannt können auch Verfahren gelten, bei denen die
Schichtdicke aus zwei Abstandsmessungen ermittelt werden.
Dabei wird zunächst der Abstand zwischen Sensor und einer
Referenzplatte und anschließend - bei unveränderter
Position des Sensors und der Referenzplatte - der Abstand
zwischen Sensor und Oberfläche des auf die Referenzplatte
aufgebrachten Meßgutes gemessen. Dieses Verfahren besitzt
den großen Nachteil, daß bei der gesamten Messung die
Position des Sensors in bezug auf die Referenzplatte exakt
konstant gehalten werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich
tung der eingangs erwähnten Art so weiterzuentwickeln, daß
einerseits die Genauigkeit der Schichtdickenmessung weitge
hend unabhängig von der jeweiligen Position des Sensors
ist. Andererseits sollen die Nachteile der Ultraschall
messung bzw. der Verfahren, die ionisierende Strahlen ver
wenden, vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung werden in den
Unteransprüchen 2 und 3 wiedergegeben.
Anspruch 4 offenbart ein vorteilhaftes Verfahren zur Kali
brierung eines vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Vor
richtung zu verwendenden Wirbelstromsensors.
Ferner wird mit Anspruch 7 die Verwendung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung zur Messung an kunststoffbeschichteten
Metallteilen und mit Anspruch 8 ein besonders vorteilhaf
tes Verfahren zur berührungslosen Messung der Schichtdicke
mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 beansprucht.
Die Erfindung beruht also im wesentlichen auf dem Gedan
ken, die Schichtdicke eines nichtleitenden Materials
dadurch zu bestimmen, daß der Schichtdickensensor zwei
Abstandssensoren enthält, die auf unterschiedlichen
physikalischen Prinzipien beruhen. Dabei soll der eine
Abstandssensor den Abstand zwischen Sensor und Oberfläche
der nichtleitenden Schicht und der zweite Sensor den
Abstand zwischen Sensor und Referenzplatte bestimmen. Die
Sensoren sind also so zu wählen, daß der erste Sensor mög
lichst nur Signale auswertet, die von der Oberfläche der
nichtleitenden Schicht stammen und der zweite Abstandssen
sor sollte nur Signale empfangen, die von der Oberfläche
des Trägermaterials stammen und die durch das nichtlei
tende Material möglichst nicht verfälscht werden.
Dieses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß
der erste Abstandssensor ein optischer Triangulations
sensor und der zweite Abstandssensor ein Wirbelstromsensor
ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden im folgenden an
hand eines Ausführungsbeispieles und mit Hilfe von Figuren
beschrieben.
Es zeigen:.
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungs
losen Messung einer auf einem Trägermaterial an
geordneten, nichtleitenden Schicht;
Fig. 2 die Kalibrierung eines Wirbelstromsensors und
Fig. 3 die Position eines Sensors mit integriertem Wir
belstromsensor bei Durchführung der Abstandsmes
sung.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Trägermaterial, beispielsweise ein
Blech und mit 2 ein nichtleitendes Material, beispiels
weise eine PVC-Schicht, deren Dicke ermittelt werden soll,
bezeichnet.
Mit 3 ist ein Sensor gekennzeichnet, der zwei Abstandssen
soren enthält. Der erste Abstandssensor besteht beispiels
weise aus einer Lasersendeeinheit 31 und einer Laseremp
fangseinheit 32 und der zweite Abstandssensor aus einem
Wirbelstromsensor 33. Mit der Lasersendeeinheit 31 kann
beispielsweise ein Meßpunkt oder eine Linie auf die zu
vermessende Fläche projektiert werden und dann das
reflektierte Licht mit Hilfe der Laserempfangseinheit 32
detektiert werden.
Mit dem Wirbelstromsensor 33 ist eine Ansteuer- und Aus
werteeinheit 4 verbunden, deren Ausgangssignale einem Rech
ner 5 zugeführt werden. Auch der aus der Lasersendeein
heit 31 und der Laserempfangseinheit 32 bestehende Ab
standssensor ist über eine Ansteuer- und Auswerteeinheit 6
mit dem Rechner 5 verbunden. Dem Rechner 5 ist u. a. eine
Anzeigeneinheit 7 nachgeschaltet.
Im folgenden wird kurz auf die Wirkungsweise der Vorrich
tung gemäß Fig. 1 eingegangen. Nachdem der Sensor 3 in die
entsprechende Meßposition gebracht wurde, werden die Ab
standssensoren vorzugsweise gleichzeitig mittels den An
steuer- und Auswerteeinheiten 4 und 6 aktiviert. Der zwei
te Sensor 33 ermittelt den Abstand a2 zwischen dem Sen
sor 3 und der dem Sensor zugewandten Oberfläche des
Trägermaterials 1 (bei Verwendung eines Wirbelstromsensors
hat die Kunststoffschicht praktisch keinen Einfluß auf das
Meßergebnis). Der erste Sensor 31, 32 ermittelt den
Abstand a₁ zwischen dem Sensor 3 und der dem Sensor
zugewandten Oberfläche der Schicht 2 (bei den an sich
bekannten Triangulationssensoren wird hierzu die Ablenkung
auf der Laserempfangseinheit 32 ermittelt). Die
entsprechenden Abstandswerte a1 und a2 werden in den
Ansteuer- und Auswerteeinheiten 6 und 4 ermittelt und dann
an den Rechner 5 weitergeleitet. Der Rechner führt die
Differenzbildung durch und stellt entsprechende
Ausgangssignale zur Verfügung. Beispielsweise kann die
Schichtdicke direkt an einem Meßgerät 7 angezeigt werden.
Bei der Verwendung von Wirbelstromsensoren ist häufig vor
der eigentlichen Messung eine Kalibrierung dieses Sensors
erforderlich. Eine derartige Kalibrierung wird mit Hilfe
von Fig. 2 im folgenden kurz beschrieben:
Der Sensor 3 wird in dem Abstandsmeßbereich vor dem Blech 1 (ohne Schicht 2) positioniert, in dem er später die Schichtdicke messen soll. Dann werden bei mehreren Abstandspositionen a2′ a2′′ des Sensors 3 vor dem Blech 1 die Sensordaten des Wirbelstromsensors 33 ermittelt. Die entsprechenden Werte können in der Ansteuer- und Auswerte einheit 4 oder in dem Rechner 5 abgelegt werden, so daß später bei der eigentlichen Schichtdickenmessung jedem Wirbelstromwert ein entsprechender Abstandswert zugeordnet ist. Da man zweckmäßigerweise den Meßbereich so wählt, daß er in dem vom Hersteller des Sensors angegebenen linearen Bereich des Sensors liegt, genügt für die Kalibrierung in der Regel die entsprechende Messung bei drei unterschied lichen Abstandspositionen des Sensors. Zwischenwerte können dann durch Interpolation (die. z.B. der Rech ner 5 durchführt) gewonnen werden. Die Abstandsmessung erfolgt bei der Kalibrierung des Wirbelstromsensors 33 mit Hilfe des optischen Abstandssensors 31, 32.
Der Sensor 3 wird in dem Abstandsmeßbereich vor dem Blech 1 (ohne Schicht 2) positioniert, in dem er später die Schichtdicke messen soll. Dann werden bei mehreren Abstandspositionen a2′ a2′′ des Sensors 3 vor dem Blech 1 die Sensordaten des Wirbelstromsensors 33 ermittelt. Die entsprechenden Werte können in der Ansteuer- und Auswerte einheit 4 oder in dem Rechner 5 abgelegt werden, so daß später bei der eigentlichen Schichtdickenmessung jedem Wirbelstromwert ein entsprechender Abstandswert zugeordnet ist. Da man zweckmäßigerweise den Meßbereich so wählt, daß er in dem vom Hersteller des Sensors angegebenen linearen Bereich des Sensors liegt, genügt für die Kalibrierung in der Regel die entsprechende Messung bei drei unterschied lichen Abstandspositionen des Sensors. Zwischenwerte können dann durch Interpolation (die. z.B. der Rech ner 5 durchführt) gewonnen werden. Die Abstandsmessung erfolgt bei der Kalibrierung des Wirbelstromsensors 33 mit Hilfe des optischen Abstandssensors 31, 32.
Mechanische Schwingungen des Trägermaterials 1 als auch
des Sensors 3 können durch das sehr schnelle Ansprech
verhalten der Sensoren eliminiert werden. Die Frequenzen
der mechanischen Schwingungen müssen jedoch kleiner als
die elektrische Bandbreite des Sensorsystems sein (Blitz
lichtaufnahme).
Soll die Schichtdickenmessung an verschiedenen Stellen der
Oberfläche der Schicht durchgeführt werden und ist nicht
sichergestellt, daß das Trägermaterial an allen Stellen
die gleichen physikalischen Eigenschaften hat, so muß an
jeder Meßposition eine Kalibrierung des Wirbelstromsensors
vorgenommen werden und die entsprechenden Kalibrierdaten
für den jeweiligen Meßpunkt abgespeichert werden.
Nachdem die Kalibrierung durchgeführt wurde, kann die
Kunststoffschicht 2 auf das Trägermaterial 1 aufgebracht
werden und mit Hilfe einer in Fig. 3 nicht dargestellten
Verstelleinheit an die entsprechende Meßposition gebracht
werden. Mit Hilfe des optischen Abstandssensors 31, 32
wird dann der Abstand Sensor/Schichtoberfläche bestimmt.
Durch die vorhergehende Kalibrierung des Wirbelstrom
sensors 33 kann dieser nun den Abstand Sensor 3/Trägermate
rial 1 bestimmen. Hierbei kann die Positioniergenauigkeit
der Verstelleinheit in der Regel vernachlässigt werden.
Über die Differenz der beiden Meßwerte kann die Schicht
dicke d bestimmt werden. Der gesamte Meßvorgang, bestehend
aus der Kalibrierung und der eigentlichen Schichtdicken
messung kann vollautomatisch durchgeführt werden.
Eine vorteilhafte Anwendung des vorstehend beschriebenen
Meßverfahrens ist die Überprüfung der PVC-Schicht im Unter
bodenbereich von PKW-Karosserien. Denn hierbei besteht das
Problem, möglichst noch während des Spritzvorganges mit
Hilfe eines Dickemeßgerätes die Schichtdicke des PVC zu
messen. Da das PVC nach dem Aufbringen noch naß ist, muß
es sich um ein berührungsloses Schichtdickenmeßverfahren
handeln.
Die Kalibrierung des Wirbelstromsensors erfolgt - wie oben
beschrieben - vor Aufbringung der PVC-Schicht an ausgewähl
ten und vom Hersteller vorgegebenen Meßpositionen. Nach
Abspeicherung der entsprechenden Kalibrierdaten wird die
PVC-Schicht aufgebracht und an den entsprechenden Meßposi
tionen die Schichtdicke gemessen.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch so eingesetzt werden, daß nach der Kalibrierung des
Wirbelstromsensors 33 der Sensor 3 nach dem Aufbringen der
Schicht 2 in einen vorgegebenen Abstand a2 von dem Träger
material 1 gebracht wird und dann bei dieser Position
lediglich noch mit dem optischen Sensor 31, 32 der Abstand
zwischen Sensor 3 und der Oberfläche der Schicht gemessen
wird. Für die Einstellung des Sensors 3 auf den vorgege
benen Abstand a2 kann die nicht dargestellte Verstellein
heit über eine Regelschleife mit dem Wirbelstromsensor 33
gekoppelt werden, so daß die Verstelleinheit den Sensor 3
von einer Ausgangsposition aus solange verschiebt, bis der
Meßwert des Wirbelstromsensors gleich dem Meßwert ist, der
beim Kalibrierungsvorgang dem entsprechenden Abstandswert
zugeordnet wurde.
Bezugszeichenliste.
1 Trägermaterial
2 nichtleitendes Material
3 Sensor
31 Lasersendeeinheit
32 Laserempfangseinheit
33 Abstandssensor, Wirbelstromsensor
4 Ansteuer- und Auswerteeinheit für den zweiten Abstandssensor
5 Rechner
6 Ansteuer- und Auswerteeinheit für den ersten Abstandssensor (31, 32)
7 Anzeigeneinheit
2 nichtleitendes Material
3 Sensor
31 Lasersendeeinheit
32 Laserempfangseinheit
33 Abstandssensor, Wirbelstromsensor
4 Ansteuer- und Auswerteeinheit für den zweiten Abstandssensor
5 Rechner
6 Ansteuer- und Auswerteeinheit für den ersten Abstandssensor (31, 32)
7 Anzeigeneinheit
Claims (8)
1. Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Schicht
dicke d eines nichtleitenden Materials (2) welches auf
einem Trägermaterial (1) angeordnet ist, mit einem
Sensor (3), dadurch gekennzeich
net,
- - daß der Sensor (3) zwei Abstandssensoren (31, 32; 33) enthält, wobei der erste Abstandssensor (31, 32) Signale mißt, die charakteristisch sind für den Abstand a₁ zwischen Sensor (3) und der dem Sensor (3) zugewandten Oberfläche der nichtleitenden Schicht (2),
- - daß der zweite Abstandssensor (33) Signale mißt, die charakteristisch sind für den Abstand a2 zwischen dem Sensor (3) und der dem Sensor (3) zugewandten Ober fläche des Trägermaterials (1) und
- - daß die Schichtdicke d aus der Beziehung
d = a2-a1
bestimmt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der erste Sensor (31,
32) ein optischer und der zweite Sensor (33) ein Wirbel
stromsensor ist, wobei es sich bei dem Trägermate
rial (1) um ein elektrisch leitendes Material handelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der optische Sensor (31,
32) ein Triangulationssensor ist.
4. Verfahren zur Kalibrierung des Wirbelstromsensors nach
Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß vor Aufbringung der zu messenden
Schicht (2) auf das Trägermaterial (1) an den entspre
chenden Meßpositionen die Ausgangssignale des Wirbel
stromsensors (33) in Abhängigkeit von der Entfer
nung (a2′, a2′′,...) des Sensors (3) von dem Träger
material (1) ermittelt und gespeichert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Abstandsbestimmung
der optische Sensor (31, 32) verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zeit, während der
die optische Abstandsmessung durchgeführt wird, gerin
ger ist, als die Periodendauer der bei den Messungen
evtl. auftretenten Vibrationsschwingungen von Sensor
und Trägermaterial.
7. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3
zur Schichtdickenmessung kunststoffbeschichteter
Metallteile.
8. Verfahren zur berühungslosen Messung der Schichtdicke
eines nichtleitenden Materials mit der Vorrichtung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Sensor (3) mit Hilfe des zweiten
Abstandssensors (33) in einen vorgegebenen Abstand (a₂)
von dem Trägermaterial (1) gebracht wird, und daß dann
bei dieser Position mit dem ersten Sensor der Ab
stand (a1) zwischen Sensor (3) und der dem Sensor (3)
zugewandten Oberfläche der nichtleitenden Schicht (2)
gemessen wird.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893919131 DE3919131A1 (de) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | Vorrichtung und verfahren zur beruehrungslosen messung der schichtdicke eines nichtleitenden materials sowie verwendung der vorrichtung zur messung kunststoffbeschichteter metallteile |
EP19890122884 EP0402527A3 (de) | 1989-06-12 | 1989-12-12 | Vorrichtung und Verfahren zur berührungslosen Messung der Schichtdicke eines nichtleitenden Materials sowie Verwendung der Vorrichtung zur Messung kunststoffbeschichteter Metallteile |
JP8763290A JPH03202710A (ja) | 1989-06-12 | 1990-04-03 | 非接触式層厚測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893919131 DE3919131A1 (de) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | Vorrichtung und verfahren zur beruehrungslosen messung der schichtdicke eines nichtleitenden materials sowie verwendung der vorrichtung zur messung kunststoffbeschichteter metallteile |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3919131A1 true DE3919131A1 (de) | 1990-12-13 |
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ID=6382581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19893919131 Withdrawn DE3919131A1 (de) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | Vorrichtung und verfahren zur beruehrungslosen messung der schichtdicke eines nichtleitenden materials sowie verwendung der vorrichtung zur messung kunststoffbeschichteter metallteile |
Country Status (3)
Country | Link |
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EP (1) | EP0402527A3 (de) |
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