DE809716C - Schichtdickenmesser - Google Patents

Schichtdickenmesser

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DE809716C
DE809716C DEP38946D DEP0038946D DE809716C DE 809716 C DE809716 C DE 809716C DE P38946 D DEP38946 D DE P38946D DE P0038946 D DEP0038946 D DE P0038946D DE 809716 C DE809716 C DE 809716C
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magnet
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magnetic field
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DEP38946D
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Rudolf Dr Berthold
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • G01B7/105Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance for measuring thickness of coating

Description

  • Schichtdickenmesser Es ist naheliegend, die Dicke nichtferromagnetischer Schichten auf ferromagnetischer Unterlage durch die Haftkraft eines Magneten zu messen; so wurde auch eine Ausführungsform bekannt, bei der ein stabförmiger Permanentmagnet, in eine Spitze auslaufend, benutzt wird; er hängt an einem Waagebalken und wird durch Spannen einer am Drehpunkt der Waage angreifenden Spiralfeder von der Unterlage abgerissen.
  • Die dazu notwendige Drehung der Spiralfeder ist ein Maß der Haftkraft und damit der Schichtdicke.
  • Die der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen und Versuche ergaben, daß sich die Empfindlichkeit des Verfahrens wesentlich steigern läßt, wenn der stabförmige Permanentmagnet nicht direkt, sondern über einen nicht permanentmagnetischen Polschuh hoher Permeabilität auf den Prüfling aufgesetzt wird. Die Haftkraft eines Magneten gehorcht nämlich der Beziehung K= 1/21£.2.F, wobei g die Feldstärke oder Kraftliniendichte in Luft, ,t4 die Permeabilität und F den vom Magnetfeld durchsetzten wirksamen Querschnitt bedeuten. Setzt man nun einen Stabmagneten einpolig auf einen Prüfkörper auf, so haben kleine Luftspaltänderungen (Schichtdicken) von einigen Zehntelmillimeter praktisch keinen Einfluß auf den gesamten Kraftfluß weil der magnetische Widerstand des äußeren Luftweges fast ausschließlich den Kraftlinienfluß bestimmt.
  • Wenn trotzdem mit zunehmendem Luftspalt die Haftkraft kleiner wird, so ist dies die Folge dergleichzeitig eintretenden Vergrößerung des wirksamen Übergangsquerschnittes. Bei konstantem Kraftfluß wird nämlich zugleich die Kraftliniendichte !> kleiner (wenn wir zunächst annehmen, daß ,u unverändert bleibt). Damit aber verringert sich die Haftkraft, weil sie sich quadratisch mit der Kraftliniendichte und nur linear mit dem wirksamen Querschnitt ändert. Die Empfindlichkeit des Verfahrens ist also durch Änderung des Übergangsquerschnittes bei Anwachsen des Luftspaltes bestimrht.
  • Aus diesem Grund soll bei unmittelbarer Berührung der Eisenunterlage (Luftspalt = o) der Kraftfluß durch eine möglichst kleine Fläche in die Unterlage hineingeleitet werden, um dadurch höchstmögliche Kraftliniendichte zu erreichen. Dieses Zusammendrängen des Flusses auf einen kleinen Querschnitt ist aber nur möglich, wenn das Polschuhmaterial nicht schon über den ganzen Querschnitt gesättigt ist, also überhaupt keine weitere Kraftlinienkonzentration zuläßt. Gerade dies aber ist der Fall bei einem hochwertigen Permanentmagneten, bei dem alle oder fast alle Elementarteilchen von vornherein magnetisch ausgerichtet sind.
  • Mit wachsendem Luftspalt tritt somit bei einem Permanentmagneten keine wesentliche Änderung der Kraftliniendichte im Übergangsquerschnitt auf; aber er vergrößert sich rasch bei einem Material hoher Permeabilität und geeigneter Formgebung. Diese Überlegungen wurden durch vergleichende Messungen bestätigt.
  • Schematisch ist dieser Vorgang in Fig. I dargestellt.
  • Darin bedeuten I den Permanentmagneten ohne bzw. mit hochpermeablem Polschuh 2, wobei beide Ausführungsformen mehr oder weniger weit von einer Eisenunterlage 3 entfernt sind.
  • Wie schon angedeutet, soll auch die Form des Polschuhs die Vergrößerung des Übergangsquerschnittes erleichtern. Deshalb muß der Polschuh aus hochpermeablem Werkstoff so ausgebildet sein, daß sich die Kraftlinien ausbreiten und an der Übergangsstelle zusammenziehen können. Das dem Prüfling zugekehrte Ende des Polschuhs soll also eine kugelig gekrümmte Fläche bilden; damit wird zugleich erreicht, daß die Übergangsverhältnisse unabhängig vom Winkel zwischen Magnetstabachse und Werkstückoberfläche werden. Fig. 2 zeigt einen Permanentmagneten 1 mit kegeligem Polschuh 2, Fig. 3 einen Permanentmagneten I mit kugeligem Polschuh 2.
  • Die praktische Anwendbarkeit wird dadurch erweitert, daß verschieden starke Permanentmagnete vorgesehen werden, die leicht austauschbar sind und verschiedene Meßbereiche ermöglichen.
  • Bei sehr dicken Schichten (größer als etwa IOO zur ist es notwendig, die Haftkraft von vornherein höher zu wählen, als sie üblicherweise mit einpolig aufgesetzten Stabmagneten erreichbar ist. Deshalb ist vorgesehen, den permanenten Magnet stab an beiden Enden mit Polschuhen zu versehen und beide auf den Prüfling aufzusetzen. Dabei wird zweckmäßigerweise das Magnetsystem drehbar gelagert, um nicht durch ungleichmäßiges Abziehen des Magneten von seiner Unterlage die Meßergebnisse zu beeinflussen. Zu der größeren Haftkraft tritt als weiterer Vorteil, daß nun die Schichtdickenänderung doppelt in die Messung eingeht. Fig. 4 zeigt eine solche Anordnung.
  • Eine weitere Verbesserung des Gerätes bedeutet das Anbringen einer Sperraste, durch die der Federauszug in der Stellung festgehalten wird, in der er sich beim Abreißen des Magneten von seiner Unterlage befindet.
  • Endlich ist vorgesehen, die Teilung der Raste ungleichmäßig vorzunehmen, und zwar derart, daß sie sich der nichtproportionalen Abhängigkeit der Haftkraft (= Federauszug) von der Schichtdicke anpaßt.
  • Dies entspricht etwa der ungleichmäßigen Gradeinteilung elektrischer Meßinstrumente, deren Anschlag nicht proportional der Stromstärke ist.
  • PATENTANSPROCHE: I. Gerät zum Messen der Dicke nichtferromagnetischer Schichten auf ferromagnetischer Unterlage mit Hilfe der Haftkraft eines permanenten, federnd aufgehängten Stabmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet mit einem Polschuh aus nichtpermanent-magnetischem, hochpermeablem Werkstoff versehen ist.

Claims (1)

  1. 2. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Prüfling zugekehrte Ende des Polschuhs eine kugelig gekrümmte Fläche bildet.
    3. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet gegen andere Magnete verschiedener Stärke austauschbar ist.
    4. Gerät nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines berührenden Poles (luftgeschlossenes Magnetfeld) beide Pole zur Berührung mit der Unterlage gebracht werden können (eisengeschlossenes Magnetfeld).
    5. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Abziehen des Magneten von seiner Unterlage auftretende Federauszug beim Abreißen durch eine Sperraste so lange festgehalten wird, bis die Ablesung erfolgt ist.
    6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteneinteilung ungleichmäßig ist.
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