WO2017071812A1 - Verfahren und vorrichtungen zum beobachten eines magnetfelds eines materialvolumens sowie verwendung der vorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zum beobachten eines magnetfelds eines materialvolumens sowie verwendung der vorrichtung Download PDF

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WO2017071812A1
WO2017071812A1 PCT/EP2016/001792 EP2016001792W WO2017071812A1 WO 2017071812 A1 WO2017071812 A1 WO 2017071812A1 EP 2016001792 W EP2016001792 W EP 2016001792W WO 2017071812 A1 WO2017071812 A1 WO 2017071812A1
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excitation
frequency
workpiece
material volume
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PCT/EP2016/001792
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Ulrich Seuthe
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Qass Gmbh
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Priority to US16/951,211 priority patent/US11320400B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/725—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables by using magneto-acoustical effects or the Barkhausen effect

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for observing a magnetic field of a material volume and to the use of the device according to the preamble of claims 1, 10 and 13, respectively.
  • inductors or Hall sensors or the like are used for observing a magnetic field of a material volume for determining the properties of a workpiece.
  • the temporal change of the magnetic field is detected in response to a magnetic excitation. From the temporal change of the resulting magnetic field conclusions can be drawn on the properties of the workpiece.
  • the macro-magnetic effects are detected and evaluated only in the amplitude-time range.
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus for observing a magnetic field of a material volume and the use of the apparatus according to the preamble of claim 1, 10 and 13, respectively, which are more precise.
  • a method for observing a magnetic field of a material volume, in particular for determining properties of a workpiece under magnetic, mechanical, thermal and / or electrical excitation or the like of a material volume of the workpiece, in which the magnetic field of the material volume as a function of time and the Frequency is detected with a high-frequency resolution. Due to the high-frequency resolution in the Time and / or frequency axis is a precise detection of micromagnetic effects possible, which allow more precise qualitative conclusions about the material properties.
  • the micromagnetic response to the excitation is detected.
  • the speed of the reaction to the excitation can be detected.
  • the frequency and / or time resolution of the excitation and / or the detection is preferably selected according to the micromagnetic effects in the material volume.
  • the excitation can with a magnetic and / or alternating electric field and / or static field and / or by eddy current induction and / or by a material processing such as induction hardening and / or by applying an alternating or direct current and / or applying a change and / or DC voltage.
  • the material may be stationary during the excitation and / or the detection relative to a sensor and / or a pickup device or be moved relative to a sensor and / or a pickup device.
  • the frequency of the exciting source can be varied, in particular, a frequency range can be traversed.
  • the invention further provides an apparatus for observing a magnetic field of a material volume, in particular for determining properties of a workpiece with magnetic and / or electrical excitation of a material volume of the workpiece, wherein a sensor for detecting the magnetic field of the material terialvolumens is provided as a function of time and frequency with a high-frequency resolution.
  • an exciting device for electrical and / or magnetic excitation of a material volume of the workpiece is provided.
  • the invention provides, relates and / or further enables:
  • Fig. 1 illustrates a detection of the temporal magnetic field profile after a magnetic excitation according to the prior art.
  • FIG. 2 illustrates a multi-dimensional detection of the magnetic field profile in the frequency-time diagram according to the invention.
  • FIG. 3 shows the main emissions from FIG. 2 with frequency, time and amplitude characteristics.
  • FIG. 4 shows the main emissions from FIG. 3 with projection onto the time axis.
  • FIG. 5 shows the main emissions from FIG. 3 with projection onto the frequency axis.
  • FIGS. 6 to 9 show further embodiments. Description of the embodiments
  • Fluctuations of magnetic fields are analyzed.
  • the fields are measured with suitable sensors, inductors, Hall sensor, etc.
  • the frequency bandwidth of the sensors should be as high as possible.
  • a frequency of up to 1 MHz, 3 MHz, 50 MHz, 100 MHz, 1 GHz, 10 GHz is preferred.
  • the upper cutoff frequency correlates to the qualitative resolution, i. the higher the cutoff frequency, the smaller the magnetic structures can be detected. In the GHz range, the change in the magnetic field of individual dipoles can be detected. In this respect, there is a correlation between the upper cutoff frequency and the crystallite structure of the material.
  • the measurement signals are preferably subjected to many short-term FFTs, so that the broadband frequency dependence can be described at any time and also in their time sequence.
  • These dipoles can be reoriented by applying an external magnetic field in its direction. With the swiveling of the microdipoles on the direction of the external magnetic field, its strength is increased until finally all the microdipoles are in the direction of the external field.
  • the change in the magnetic field generates an electric current whose change generates an opposite magnetic field.
  • microcrystals in the iron material also describe tensile and compressive strengths.
  • Intentionally or unintentionally introduced into the iron elements change the mechanical, the electrical and also the magnetic properties of the material.
  • Carbonaceous steels are widely used when hardened ferrous materials are to be used.
  • X-ray, eddy current measurements as examples of non-destructive studies. It is known to apply alternating magnetic fields and to determine individual magnetic characteristic values when repeatedly passing through magnetic hysteresis curves, that is to say when repeatedly reversing the polarity of an external magnetic field. The characteristic values are determined as average values of steady states.
  • the evaluation according to the invention is preferably based on the amplitude, time and frequency distribution of a single magnetization.
  • a hysteresis curve provides information about the material under investigation in the frequency-time analysis according to the invention. If the hysteresis curve is completely traversed, see FIG. 2 using the example of a sinusoidal magnetic excitation, or if several passes are detected, the probability of the measurement results increases.
  • the excitation can be optimized in such a way that the hysteresis curve is as flat as possible. As a result, the magnetization process takes longer and is more meaningful.
  • the invention therefore preferably provides for optimizing the excitation curves, in particular material-adapted.
  • the reliability of the measurement results can be increased by repetitions, but this is about the reduction of the measurement error.
  • the frequency distribution of the magnetic field change and the amplitude jumps associated with the frequencies can be analyzed and from this the size distribution of the Weissian districts can be determined.
  • the scanning speed of the magnetic field changes is greater than the average speed of the reorientation of the individual Weiss areas, an assignment of the individual districts and their size can be made to the location of the magnetic field strength, since the districts in the range of higher field strengths are first reoriented.
  • the magnetic field strength or the rate of change of the field strength can be varied in order to successively add information about deeper material layers and thus to obtain a depth profile of the average sizes of the Weiss domains.
  • the average crystallite size is 10pm A 3.
  • the relevant field size is 4x8x2mm, ie 64mm A 3. Then a total of approximately 64 * 10 ⁇ 6 microdipoles are affected.
  • the change in the orientation of the electron spin axis of a single electron can only be done in certain quantizations.
  • Neighboring electrons within a Weiss district are magnetically aligned with each other, so they all have coordinated spin axis directions. If the sudden rotation of the spin axis of some electrons starts, this leads to an accelerated reversal of all neighboring ones, which in any case experience a similar external magnetic field strength. Thus, if the speed of this Umklappvorganges is maximum, it comes to a quasi-pulse-like increase in the magnetic field in the order of magnitude of the magnetic field of the aligned Weiss's district with respect to the direction of the external magnetic field. It is precisely these fast changes in a Weiss district that overlap the entire magnetic field that are captured by our analysis. With an increasing number of aligned or largely aligned microdipoles, the resulting total magnetic field grows faster and faster.
  • This approach can use the invention to perform a measurement in a much shorter time. A compromise between complete detection of all crystallite influences and a very fast measurement is achieved.
  • the process requires a magnetic field that changes in material volume. This can e.g. by applying a magnetic field whose strength within the ge
  • il desired period of time is changed, and / or by the material is moved through a static magnetic field.
  • the invention makes it possible to also carry out measurements on moving materials, e.g. within production processes.
  • the probes can be housed in a wire or other strand forming line to analyze the material along its entire length during forming for deviations and to obtain information about the actual strengths and other mechanical properties.
  • the probes can be used directly in a forming tool for hot forming and hardening steel sheets and the process of crystallization and thus hardening can be observed in situ.
  • macroscopic defects such as cracks or voids can also be detected if they are in the field of magnetic field analysis.
  • the invention enables a complete scanning of component surfaces or component layers.
  • analysis up to the depth of hardening is very helpful. These material areas are especially stressed by the hardening process as well as later in the use of the components.
  • a magnetic field change map can be created in each case, which results during the scanning of the relevant material layers.
  • the behavior of each additional component can then be compared with this card and deviations immediately logged.
  • the method according to the invention is suitable e.g. for the detection of new hardness zones in ground surfaces as they occur in bearing or gear production.
  • Fig. 1 illustrates the time course of the magnetic field H after a magnetic excitation by applying a sinusoidally modulated external magnetic field to a ferromagnetic material sample. Shown are the AC components of the changes of the resulting magnetic field. (High pass with approx. 1000Hz cutoff frequency, sampling rate 50MHz, downsampling to 6MHz) The sine period is recognizable at 50Hz. A complete run through the hysteresis characteristic is shown. The methods of the prior art are limited to this evaluation.
  • FIG. 2 is an illustration in the time-frequency domain according to the invention with a high-frequency resolution in the frequency domain, so that micromagnetic effects can be recognized.
  • the frequency-time diagram forms a fingerprint, from which conclusions on the micromagnetic processes can be derived.
  • FIG. 3 shows the main emissions from FIG. 2 with frequency, time and amplitude characteristics.
  • Fig. 4A shows the main emissions with projection on the time axis.
  • Figs. 4B to 4D show alternative waveforms.
  • the waveform is rising rather than falling, Fig. 4B, or flatter rising, falling, Fig. 4C, or having a double (Fig. 4D, 4E) or multiple vibration, is meaningful for characterizing material, tool or process characteristics ,
  • information is obtained regarding the hardness of the material, the residual stress, the microstructure, alloying components, etc.
  • Fig. 5 shows the main emissions with projection on the frequency axis.
  • the frequency of the excitation is varied or chosen differently depending on the evaluation. At high frequency, the penetration depth into the material is lower than at low frequency. In this respect, it may be expedient to traverse a frequency range during the excitation in order to detect material properties as a function of the depth of the material.
  • the surface of a rotating wheel 2, e.g. a wheel tire of a train, or a sheet material 3, e.g. a plate, are scanned to create a material property profile, in particular hardness or strength profile of the respective surface, wherein advantageously the material property as a function of the distance from the surface can be detected.
  • the inventive method is also useful in the assessment of welds.
  • a depth-graded inference can be obtained on the quality of the weld, the strength, etc., and defects such as cracks can be recognized.
  • the methods, devices and uses according to the invention can be used particularly advantageously in process monitoring.
  • wire 4 drawn along an arrow 5 from a wire drawing apparatus may be moved along a magnetic field sensor 6 or multiple magnetic field sensors 6 'detecting a magnetic field of the material volume detected by the magnetic field sensor.
  • the excitation is conveniently carried out by a device 7 e.g. in the form of a magnetization 8.
  • a downstream device 5 in the pulling direction 5 can be provided for demagnetization 8 '.
  • a sheet material e.g. a sheet 4 are guided past the magnetic field sensor 6.
  • Bulk material 9 such as screws, can fall by a device 7 along an arrow 10 following gravity and thereby be detected by a magnetic field sensor 6, see FIG. 8.
  • Device (s) 7, 7 '... and magnetic field sensor (s) 6, 6' ... can be arranged generally along any material paths.
  • the excitation which preferably takes place magnetically and / or electrically in the abovementioned examples, can also be carried out in another way.
  • a detectable magnetic field change especially in ferro- or paramagnetic or metallic material.
  • the quality of the deformation can be detected by the detection and evaluation of the magnetic field resulting from the deformation 12. Also, variations in thickness, surface waves or defects as well as wire breakage, and the like, can be detected.
  • All embodiments of the invention are preferably usable with ferromagnetic material, but also with paramagnetic material or with non-magnetic material.
  • the plate 4 in FIG. 7 is made of plastic, by means of the device 7 and the sensor 6 due to the damping behavior of the plate 4, conclusions can be drawn on the plate 4 with regard to thickness, defects such as holes or material inclusions or density variations or cracks or the like, surface waviness. thes, etc.
  • the invention is also verwenbar.
  • the particle density, the uniformity of the particle distribution, the quality of the composite can be monitored and errors such as defective connections and detachment in the case of laminar composites or inclusions or the like can be detected.
  • Another use is the process monitoring during curing, in particular press hardening.
  • excitation serves the forming and / or heating of the material.
  • the magnetic field changes during cooling or during forming and after forming.
  • the crystallization processes can be observed and evaluated.
  • Conclusions on the degree of crystallization and the microstructure are possible or it can be detected, the time at which the material from the mold is solvable, because the hardening process is completed.
  • the already mentioned information is available such as errors (cracking during cooling, also concerning micro-cracks, fractures, etc.) and it is a process optimization possible by recording the material parameters during a variation of the process parameters temperature, forming pressure, heating rate, cooling rate, temperature profile as a function of time, forming speed or profile etc.
  • a characteristic vector is an n-tuple of individual values such as frequency distribution, single or multiple peaks, slope of the peaks, magnetic field, etc.
  • Such a characteristic vector can be recorded as a pattern for known properties and subsequently compared with characteristic vectors detected during the test Determination of material and / or process properties.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvolumens, insbesondere zur Bestimmung von Eigenschaften eines Werkstücks unter insbesondere magnetischer, mechanischer, thermischer und/oder elektrischer Anregung eines Materialvolumens des Werkstücks, wobei eine Erfassung des Magnetfelds des Materialvolumens als Funktion der Zeit und der Frequenz mit einer hochfrequenten Auflösung.

Description

Verfahren und Vorrichtungen
zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvoiumens sowie Verwendung der Vorrichtung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvolumens sowie die Verwendung der Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , 10 bzw. 13.
Hintergrund der Erfindung
Zur Beobachtung eines Magnetfelds eines Materialvolumens zwecks Bestimmung der Eigenschaften eines Werkstücks werden Induktivitäten oder Hall-Sensoren oder dergleichen verwendet. Dabei wird die zeitliche Veränderung des Magnetfelds in Reaktion auf eine magnetische Anregung erfasst. Aus der zeitlichen Veränderung des resultierenden Magnetfelds können Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Werkstücks gezogen werden.
1
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen stellen dabei auf makromagnetische Effekte als Funktion der Zeit ab.
Beispielsweise ist es aus der US 4634976 A bekannt, Materialfehler durch magentische Anregung eines Werkstücks unter Auswertung des Barkhausen-Rauschens zu erkennen. Vergleichbarer Stand der Technik ist aus der US 4977373 A und der US 20130276546 A1 bekannt.
Bei den bekannten Verfahren werden die makromagnetischen Effekte nur im Amplituden-Zeit-Bereich erfasst und ausgewertet.
Allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen haftet der Nachteil an, dass das Werkstück nur unzureichend bewertet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvolumens sowie die Verwendung der Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , 10 bzw. 13 zu schaffen, die präziser sind.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 , 10 bzw. 13 gelöst.
Demnach wird ein Verfahren zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvolumens, insbesondere zur Bestimmung von Eigenschaften eines Werkstücks unter magnetischer, mechanischer, thermischer und/oder elektrischer Anregung oder dergleichen eines Materialvolumens des Werkstücks, geschaffen, bei dem das Magnetfeld des Materialvolumens als Funktion der Zeit und der Frequenz mit einer hochfrequenten Auflösung erfasst wird. Durch die hochfrequente Auflösung in der Zeit- und/oder Frequenzachse ist eine präzise Erfassung mikromagnetischer Effekte möglich, die präzisere qualitative Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften erlauben.
Vorzugsweise wird die mikromagnetische Reaktion auf die Anregung erfasst.
Ferner kann die Geschwindigkeit der Reaktion auf die Anregung erfasst werden.
Die Frequenz- und/oder Zeitauflösung der Anregung und/oder der Erfassung wird bevorzugt entsprechend der mikromagnetischen Effekte im Materialvolumen gewählt.
Die Anregung kann mit einem magnetischen und/oder elektrischen Wechselfeld und/oder statischem Feld und/oder mittels Wirbelstrominduktion und/oder durch eine Materialverarbeitung wie etwa Induktionshärten und/oder durch Anlegen eines Wechsel- oder Gleichstroms und/oder Anlegen einer Wechsel- und/oder Gleichspannung erfolgen.
Das Material kann bei der Anregung und/oder dem Erfassen relativ zu einem Sensor und/oder einer Anregevorrichtung ortsfest sein oder relativ zu einem Sensor und/oder einer Anregevorrichtung verfahren werden.
Die Frequenz der anregenden Quelle kann variiert werden, insbesondere kann ein Frequenzbereich durchfahren werden.
Mehrere Anregevorrichtungen und/oder mehrere Magnetfeldsensoren können verwendet werden.
Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvolumens, insbesondere zur Bestimmung von Eigenschaften eines Werkstücks unter magnetischer und/oder elektrischer Anregung eines Materialvolumens des Werkstücks, wobei ein Sensor zum Erfassen des Magnetfelds des Ma- terialvolumens als Funktion der Zeit und der Frequenz mit einer hochfrequenten Auflösung vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist eine Anregevorrichtung zur elektrischen und/oder magnetischen Anregung eines Materialvolumens des Werkstücks vorgesehen.
Die Erfindung schafft, betrifft und/oder ermöglicht ferner:
- Erkennen von Rissen in ferritischen Materialien
- Erkennung von Lunkern oder Fremdmaterialeinschlüssen in ferritischen Materialien
- Bewertung der Kristallbildung beim Abkühlen ferritischer Materialien
- Anlegen einer Magnetisierungskarte eines Bauteiles
- Vergleich der Magnetisierungskarte eines Musterbauteiles mit anderen Bauteilen zur Qualitätsbewertung
- Erkennung von Härtefehlern oder Härteveränderungen in Materialien
- Erkennung der Einhärtetiefe und des Härtegradienten an ferritischen Materialien
- Erkennen der Korn- bzw. Kristallitstruktur in Eisen- und anderen ferritischen Werkstoffen
- Erzeugung der Magnetisierung ferritischer Werkstoffe durch ein magnetisches Wechselfeld, das in seinem zeitlichen Verlauf auf eine gleichmäßige Umorientierungsfolge der einzelnen Weissschen Bezirke hin optimiert ist
- Erzeugung der Magnetisierung durch Vorbeiführen des Werkstoffes an einem statischen Magnetfeld, so dass alle Kristallite denselben Gradienten eines äußeren Magnetfeldes erfahren
- Kalibrierung einer schnellen Messung der Magnetisierung ferritischer Materialien mit einer langsameren zeitlich hochaufgelösten Messung zur Erfassung
- Beschreibung des Magnetisierungsverhaltens eines Materialvolumens nach einer einzigen Magnetisierung
- Beschreibung der mechanischen Eigenschaften eines Materialvolumens nach einer einzigen Magnetisierung - Beschreibung des Magnetisierungsverhaltens eines Materialvolumens ohne die magnetische Sättigung im gesamten Volumen erreicht zu haben
- Bestimmung von Legierungsbestandteilen ferritischer Materialen anhand der Magnetisierungseigenschaften einzelner Kristallite
- Anwendung einer Kombination aus Kurzzeit FFTs und deren zeitliche Auswertung zur Analyse der Magnetisierungseigenschaften aller in einem Materialvolumen befindlichen Weissschen Bezirke
- Anwendung einer Kombination aus Kurzzeit FFTs und deren zeitliche Auswertung zur Analyse der Magnetisierungseigenschaften aller in einem Materialvolumen befindlichen Weissschen Bezirke, die zu bestimmten Gruppen geordnet nach Größe und Lage im äußeren Magnetfeld, zusammengefasst werden
- Anwendung einer Kombination aus Kurzzeit FFTs und deren zeitliche Auswertung zur Erzeugung einer Magnetisierungskarte eines Materialbereiches oder eines Bauteiles
Figurenbeschreibung
Fig. 1 illustriert eine Erfassung des zeitlichen Magnetfeldverlauf nach einer magnetischen Anregung gemäß Stand der Technik.
Fig. 2 illustriert eine erfindungsgemäß mehrdimensionale Erfassung des Magnetfeldverlaufs im Frequenz-Zeit-Diagramm.
Fig. 3 zeigt die Hauptemissionen aus Fig. 2 mit Frequenz-, Zeit- und Amplitudenverlauf.
Fig. 4 zeigt die Hauptemissionen aus Fig. 3 mit Projektion auf die Zeitachse. Fig. 5 zeigt die Hauptemissionen aus Fig. 3 mit Projektion auf die Frequenzachse. Fig. 6 bis 9 zeigen weitere Ausführungsformen. Beschreibung der Ausführungsformen
Analyse von Magnetfeldern
Es werden Schwankungen von Magnetfeldern analysiert.
Die Felder werden mit geeigneten Sensoren, Induktivitäten, Hall Sensor etc. gemessen. Die Frequenzbandbreite der Sensoren sollte möglichst hoch sein. Bevorzugt wird eine Frequenz bis zu 1 MHz, 3 MHz, 50 MhZ, 100 MHz, 1 GHz, 10 GHz. Die obere Grenzfrequenz korreliert mit der qualitativen Auflösung, d.h. je höher die Grenzfrequenz, desto kleinere magnetische Strukturen können erfasst werden. Im GHz-Bereich kann die Änderung der magnetischen Felds einzelner Dipole erfasst werden. Insofern besteht eine Korrelation zwischen der oberen Grenzfrequenz und der Kristallitstruktur des Materials.
Die Messsignale werden vorzugsweise vielen Kurzzeit FFTs unterzogen, so dass die breitbandige Frequenzabhängigkeit in jedem Zeitpunkt und auch in ihrer zeitlichen Abfolge beschrieben werden kann.
Weitere Transformationen, die die zeitlichen und quantitativen Magnetfeldänderungen im Detail beschreiben sind denkbar. Ein Algorithmus zur Impulsanalyse erzeugt die benötigten Informationen.
Zweckmäßigerweise werden rund 64 Millionen Messwerte für eine Messung ausgewertet. Aber auch die 10 fach höhere Datenmenge kann interessant sein.
Analyse der Mikrostruktur von Eisenwerkstoffen Eisen bildet als ferromagnetisches Material magnetische Dipole in jedem Weisschen Bezirk aus.
Diese Dipole können durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes in dessen Richtung umorientiert werden. Mit dem Einschwenken der Mikrodipole auf die Richtung des äußeren Magnetfeldes, wird dessen Stärke erhöht bis schließlich alle Mikrodipole in Richtung des äußeren Feldes liegen.
Zur Überwindung des im Mikrodipol vorliegenden Magnetmomentes ist eine gewisse entgegengerichtete magnetische Feldstärke notwendig. Die der Feldquelle am nächsten liegenden Dipole erfahren die größte Kraft. Je mehr Mikrodipole umorientiert sind, umso größer wird die resultierende Feldstärke in Richtung des äußeren Feldes.
Damit können auch weiter entfernte Mikrodipole umorientiert werden.
Die Änderung des Magnetfeldes erzeugt einen elektrischen Strom, dessen Änderung ein entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt. Je größer die Änderungsgeschwindigkeit des äußeren Magnetfeldes ist, umso größer ist auch die induzierte Gegenkraft, was die Umorientierung der Mikrodipole in größerer Entfernung verlangsamt.
Mit einer sehr empfindlichen Messung der Magnetfeldänderungen können die Effekte der Umorientierung der Mikrodipole aufgelöst werden.
Durch eine Begrenzung des äußeren Magnetfeldes auf ein bestimmtes Materialvolumen können dann Aussagen über die Struktur und die Eigenschaften dieses Materialvolumens getroffen werden. Die Effekte, die durch weiter entfernte Strukturen ausgelöst werden, können aufgrund ihrer geringen Anzahl vernachlässigt werden. Da die Weissschen Bezirke, d.h. die Materialvolumina die jeweils eine einheitliche Orientierung der FE-Elektronenspins aufweisen und damit magnetische Mikrodipole darstellen, gleichzeitig auch mechanisch interessante Eigenschaften aufweisen, kann von den magnetischen Eigenschaften auf einige mechanische Eigenschaften geschlossen werden.
Die Größenverteilungen von Mikrokristallen im Eisenwerkstoff beschreiben auch Zug- und Druckfestigkeiten.
Wenn die genaue Größe und räumliche Ausdehnung der Eisenkristallite bekannt ist, können präzise Aussagen über die mechanischen Eigenschaften des Materials getroffen werden.
Absichtlich oder unabsichtlich in das Eisen eingebrachte Elemente verändern die mechanischen, die elektrischen und auch die magnetischen Eigenschaften des Materials.
Kohlenstoffhaltige Stähle finden eine breite Anwendung wenn gehärtete Eisenwerkstoffe eingesetzt werden sollen. Die konkrete Verteilung des Kohlenstoffs im Eisen, die Größenverteilungen der Kristallite, die vollständige oder unvollständige Einlagerung aller verfügbaren Kohlenstoffatome in Eisengittern, das Vorhandensein elementaren Kohlenstoffs im Werkstoff usw. wirken sich auf die Eigenschaften des Materials aus.
Ähnliches gilt für weitere wichtige Legierungselemente oder Störelemente, die unabsichtlich in das Material gelangen.
Zur Analyse werden viele verschieden Methoden angewendet.
Druck- und Zugprüfungen definierter Querschnitte oder Flächen sowie Belastungsprüfungen fertiger Bauteile.
Mikroskopierungen von Materialproben zur Beschreibung der Kristallstrukturen und der Einlagerungen verschiedener Legierungsbestandteile.
Röntgen-, Wirbelstrommessungen als Beispiele für nicht zerstörende Untersuchungen. Bekannt ist das Anlegen von magnetischen Wechselfeldern und die Ermittlung einzelner magnetischer Kennwerte beim wiederholten Durchlaufen magnetischer Hysteresekurven, also beim wiederholten Umpolen eines äußeren Magnetfeldes. Die Kennwerte werden als Durchschnittswerte eingeschwungener Zustände ermittelt.
Im Gegensatz dazu basiert die erfindungsgemäße Auswertung vorzugsweise auf der Amplituden-, Zeit- und Frequenzverteilung einer einzigen Magnetisierung. Bereits das Durchlaufen einer Hälfte einer Hysteresekurve liefert bei der erfindungsemäßen Frequenz-Zeit-Analyse Informationen über das untersuchte Material. Wird die Hysteresekurve vollständig durchlaufen, siehe Fig. 2 am Beispiel einer sinusförmigen magnetischen Anregung, oder werden mehrere Durchläufe erfasst, steigt die Aussagewahrscheinlichkeit der Messergebnisse.
Die Anregung kann dergestalt optimiert werden, dass die Hysteresekurve möglichst flach ist. Dadurch dauert der Magnetisierungsvorgang länger und ist aussagekräftiger. Die Erfindung sieht daher vorzugsweise vor, die Erregungskurven insbesondere materialangepasst zu optimieren.
Die Aussagewahrscheinlichkeit der Messergebnisse kann durch Wiederholungen erhöht werden, hierbei geht es aber um die Reduzierung des Messfehlers.
Erfindungsgmäß kann die Frequenzverteilung der Magnetfeldänderung und die den Frequenzen zugehörigen Amplitudensprünge analysiert und daraus die Größenverteilung der Weissschen Bezirke ermittelt werden.
Wenn die Abtastgeschwindigkeit der Magnetfeldänderungen größer ist als die mittlere Geschwindigkeit der Umorientierung der einzelnen Weissschen Bezirke, kann eine Zuordnung der einzelnen Bezirke und ihrer Größe zum Ort der magnetischen Feldstärke vorgenommen werden, da die Bezirke im Bereich höherer Feldstärken zuerst umorientiert werden. Die magnetische Feldstärke bzw. die Änderungsgeschwindigkeit der Feldstärke kann variiert werden, um sukzessive Informationen über tieferlegende Materialschichten hinzuzufügen und damit ein Tiefenprofil der durchschnittlichen Größen der Weissschen Bezirke zu erhalten.
Damit generieren wir eine Beschreibung der Härte- und Festigkeitsprofile des Materials sowie eine Beschreibung der Verteilung von Materialstörungen, insofern sie sich auf die Ausprägung der Mikrodipole auswirken.
Beispiel:
Die durchschnittliche Kristallitgröße betrage 10pmA3. Die relevante Feldgröße sei 4x8x2mm, also 64mmA3. Dann werden insgesamt ca. 64*10Λ6 Mikrodipole beein- flusst.
Bei einer Abtastrate von 100MHz und einer Zeit bis zur Sättigungsmagnetisierung von einer Sekunde können die Magnetfeldzuwächse der einzelnen Dipole beschrieben werden.
Die Veränderung der Orientierung der Elektronenspinachse eines einzelnen Elektrons kann nur in bestimmten Quantisierungen erfolgen.
Benachbarte Elektronen innerhalb eines Weissschen Bezirks sind magnetisch aufeinander ausgerichtet, haben also alle koordinierte Spinachsenrichtungen. Beginnt die sprunghafte Drehung der Spinachse einiger Elektronen so führt das zu einer beschleunigten Umschwenkung aller benachbarten, die ja ohnehin eine ähnliche äußere magnetische Feldstärke erfahren. Damit kommt es, wenn die Geschwindigkeit dieses Umklappvorganges maximal ist, zu einem quasi impulsartigen Anstieg des Magnetfeldes in der Größenordnung des Magnetfeldes des angeglichenen Weissschen Bezirkes bezogen auf die Richtung des äußeren Magnetfeldes. Gerade diese schnellen Veränderungen eines Weissschen Bezirkes, die sich dem gesamten Magnetfeld überlagern, werden durch unsere Auswertung erfasst. Mit einer zunehmenden Anzahl angeglichener bzw. weitgehend angeglichener Mik- rodipole wächst das resultierende Gesamtmagnetfeld immer schneller an.
Durch eine geschickte Veränderung des äußeren Magnetfeldes kann dieser Lawineneffekt, der sich dann im Verlauf der Hysteresekurve des Gesamtmagnetfeldes niederschlägt, ausgeglichen werden, so dass wir einen möglichst linearen Verlauf des Feldstärkezuwachses erzielen.
Dahinter steht die bevorzugte Absicht, bei einer gegebenen maximalen Abtastrate, eine möglichst gute Auflösung des Umklappverhaltens aller im betrachteten Volumen enthaltenen Kristallite zu erzielen.
Kristallite, die identische Raumwinkeldifferenz zwischen ihrer inneren Magnetfeldorientierung und dem äußeren Magnetfeld haben und in Bereichen identischer Feldstärke des äußeren Feldes liegen, können in ihrem Drehverhalten nicht unterschieden werden. Zusätzlich unterliegen sie noch den Wirkungen der sie umgebenden Kristallite, die ja ebenfalls das Magnetfeld insgesamt, aber auch im Mikro- bereich verändern. Dennoch mag es Kristallite geben deren Verhalten nicht getrennt werden kann. Insofern erscheint es ebenfalls sinnvoll Messergebnisse zu verwenden, die nicht die volle Auflösung, sondern eher Summeneffekte der Magnetfeldänderungen beschreiben.
Diesen Ansatz kann die Erfindung nutzen, um eine Messung in deutlich kürzerer Zeit durchzuführen. Ein Kompromiss zwischen vollständiger Erfassung aller Kristalliteinflüsse und einer sehr schnellen Messung wird erzielt.
Denkbar ist auch, dass die hoch auflösende Messung mit neuen Materialen durchgeführt wird, und diese Ergebnisse dann zur Kalibrierung deutlich schnellerer aber niedriger aufgelöster Messungen genutzt wird.
Das Verfahren benötigt ein sich im Materialvolumen änderndes Magnetfeld. Dies kann z.B. durch das Anlegen eines Magnetfelds, dessen Stärke innerhalb des ge
il wünschten Zeitraumes verändert wird, erzielt werden, und/oder indem das Material durch ein statisches Magnetfeld hindurchbewegt wird.
Sollte sich die Kristallitstruktur (z.B. aufgrund anderer Härtezustände) des Materials verändern, so schlägt sich das in einer veränderten Verteilung der Magnetfeldzuwächse nieder. Damit schafft die Erfindung die Möglichkeit, auch Messungen an bewegten Materialen z.B. innerhalb von Produktionsprozessen durchzuführen.
Die Messsonden können in einer Drahtzug- oder sonstigen Strangumformanlage untergebracht werden, um das Material auf seiner gesamten Länge während der Umformung auf Abweichungen hin zu analysieren und Informationen über die tatsächlichen Festigkeiten und andere mechanische Eigenschaften zu erhalten.
Durch Anwendung wiederholter Messungen können verschiedene Volumenelemente eines Materials analysiert werden, ebenso können zeitliche Veränderungen z.B. beim Abkühlen in einem Härteprozess untersucht werden.
Damit kann die Unterschreitung der Curie Temperatur und der Ablauf der Kristallisierungseffekte im Material beobachtet werden.
Die Messsonden können direkt in einem Umformwerkzeug zur Heissumformung und Härtung von Stahlblechen eingesetzt und der Vorgang der Kristallisierung und damit der Härtung kann in Situ beobachtet werden.
Neben der Analyse der Kristallitstruktur des Materials können auch makroskopische Fehler wie Risse oder Lunker detektiert werden, wenn diese sich im Bereich der Magnetfeldanalyse befinden.
Durch schnelle Messungen ermöglicht die Erfindung ein vollständiges Abtasten von Bauteiloberflächen bzw. von Bauteilschichten. Insbesondere für randschichtgehärtete Stähle ist eine Analyse bis zur Einhärtetiefe sehr hilfreich. Gerade diese Materialbereiche werden sowohl durch den Härtepro- zess wie auch später in der Bauteilnutzung besonders belastet.
Für in Serie gefertigte Bauteile kann jeweils eine Magnetfeldänderungskarte erstellt werden, die sich während des Abscannens der relevanten Materialschichten ergibt. Das Verhalten jedes weiteren Bauteiles kann dann mit dieser Karte verglichen und Abweichungen unmittelbar protokolliert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich z.B. zur Detektion von Neuhärtezonen in geschliffenen Oberflächen wie sie in der Lager- oder Zahnradfertigung auftreten.
Beispiele
Fig. 1 illustriert den zeitlichen Verlauf des Magnetfelds H nach einer magnetischen Anregung durch Anlegen eines sinusförmig modulierten äußeren Magnetfelds an eine ferromagnetische Materialprobe. Dargestellt sind die AC Anteile der Änderungen des resultierenden Magnetfeldes. (Hochpass mit ca. 1000Hz Grenzfrequenz, Abtastrate 50MHz, Downsampling auf 6MHz) Die Sinusperiode liegt erkennbar bei 50Hz. Es ist ein vollständiger Durchlauf durch die Hysteresekennlinie dargestellt. Die Verfahren des Stands der Technik beschränken sich auf diese Auswertung.
Fig. 2 ist eine Darstellung im erfindungsgemäßen Zeit-Frequenzbereich mit einer hochfrequenten Auflösung im Frequenzbereich, so dass mikromagnetische Effekte erkennbar sind. Neben den beiden Haupemissionsfeldern, von denen jedes einem hier magnetischen Anregungsimpuls zuzuordnen ist, sind viele typische Nebenemissionen sichtbar. Das Frequenz-Zeit-Diagramm bildet einen Fingerabdruck, aus welchem Rückschlüsse auf die mikromagnetischen Vorgänge ableitbar sind.
Fig. 3 zeigt die Hauptemissionen aus Fig. 2 mit Frequenz-, Zeit- und Amplitudenverlauf. Fig. 4A zeigt die Hauptemissionen mit Projektion auf die Zeitachse. Fig. 4B bis 4D zeigen alternative Signalformen. So kann bei beliebiger, auch nichrt magnetischer Anregung, aus der Signalform ein Rückschluss auf eine Materialeigenschaft erfolgen. Ob die Signalform eher steiler ansteigt als abfällt, Fig. 4B, oder flacher ansteigt als abfällt, Fig. 4C, oder eine Doppel- (Fig. 4D, 4E) oder Mehrfachschwingung aufweist, ist zur Charakterisierung von Material-, Werkzeug- oder Prozesseigenschaften aussagekräftig. Insbesondere kann aus der Signalform, ob projeziert wie in Fig. 4 oder im Schnitt der Fig. 2 oder mehrdimensional ausgewertet wie in Fig. 2, 3, Information erhalten werden betreffend die Härte des Materials, die Eigenspannung, die Gefügestruktur, Legierungsbestandteile usw.
Fig. 5 zeigt die Hauptemissionen mit Projektion auf die Frequenzachse.
Zweckmäßigerweise wird die Frequenz der Anregung variiert oder je nach Auswerteziel unterschiedlich gewählt. Bei hoher Frequenz ist die Eindringtiefe in das Material geringer als bei niedriger Frequenz. Insofern kann es zweckmäßig sein, bei der Anregung einen Frequenzbereich zu durchqueren, um Materialeigenschaften abhängig von der Tiefe des Materials zu erfassen.
Beispielsweise kann im in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines Magnetfeldsensors 1 die Oberfläche eines rotierenden Rades 2, z.B. eines Radreifens eines Zuges, oder eines flächigen Materials 3, z.B. einer Platte, abgetastet werden unter Erstellung eines Materialeigenschaftsprofils, insbesondere Härteoder Festigkeitsprofils, der jeweiligen Oberfläche, wobei vorteilhafterweise die Materialeigenschaft als Funktion des Abstands von der Oberfläche erfassbar sein kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei der Beurteilung von Schweißnähten nutzbar. So kann beim Abtasten der Schweißnaht ein insbesondere tiefenabgestufter Rückschluss auf die Qualität der Scheißnaht, die Festigkeit etc. erhalten werden und Defekte wie etwa Risse sind erkennbar. Besonders vorteilhaft einsetzbar sind die erfindungsgemäßen Verfahren, Vorrichtungen und Verwendungen beim Prozessmonitoring.
Beispielsweise kann beim Drahtziehen Draht 4, der entlang eines Pfeils 5 aus einer Drahtziehvorrichtung gezogen wird, an einem Magnetfeldsensor 6 oder mehreren Magnetfeldsensoren 6' entlang bewegt werden unter Erfassung eines Magnetfelds des vom Magnetfeldsensor erfassten Materialvolumens. Die Anregung erfolgt zweckmäßigerweise durch eine Vorrichtung 7 z.B. in Form einer Magnetisierung 8. Eine in Zugrichtung 5 nachgelagerte Vorrichtung 7' kann für eine Entmagnetisie- rung 8' vorgesehen sein.
Anstelle des Drahts 4 kann auch ein flächiges Material, z.B. ein Blech 4, am Magnetfeldsensor 6 vorbeigeführt werden.
Schüttgut 9, etwa Schrauben, können durch eine Vorrichtung 7 entlang eines Pfeils 10 der Schwerkraft folgend fallen und dabei von einem Magnetfeldsensor 6 erfasst werden, siehe Fig. 8.
Vorrichtung(en) 7, 7'... und Magnetfeldsensor(en) 6, 6'... können allgemein entlang beliebiger Materialwege angeordnet werden.
Diesen Varianten des Prozessmonitoring ist gemein, dass bei stationärer Magnetfeldsensoranordnung ein kontinuierlicher Materialfluss die im wesentlichen vollständige Prüfung ermöglicht. Härte, Dichteschwankungen des Materials, Oberflä- chenwelligkeiten, Drahtdurchmesser und dergleichen sind erfassbar.
Die Anregung, die in den vorgenannten Beispielen bevorzugt magnetisch und/oder elektrisch erfolgt, kann auch anderweitig durchgeführt werden.
So bewirkt eine mechanische Einwirkung auf ein Werkstück, insbesondere eine plastische und/oder elastische Umformung oder eine spanende Bearbeitung und dergleichen, eine erfassbare Magnetfeldänderung, insbesondere bei ferro- oder paramagnetischem oder metallischem Material. Beispielhaft in Fig. 9 dargestellt ist eine Drahtzugvorrichtung 1 1 mit plastischer und ggf. elastischer Umformung 12 und einem Magnetfeldsensor 6. Durch die erfindungsgemäße Erfassung und Auswertung des infolge der Umformung 12 entstehenden Magnetfelds ist die Qualität der Umformung erfassbar. Auch sind Dickenvariationen, Oberflächenwellen oder Fehler sowie der Drahtabriss, und dergleichen mehr, feststellbar.
Alle Ausführungsformen der Erfindung sind bevorzugt mit ferromagnetischem Material, aber auch mit paramagnetischem Material oder mit nicht magnetischem Material verwendbar. Ist beispielsweise die Platte 4 in Fig. 7 aus Kunststoff, kann über die Vorrichtung 7 und den Sensor 6 kraft Dämpfungsverhalten der Platte 4 Rück- schluss auf die Platte 4 hinsichtlich Dicke, Defekte wie Löcher oder Materialeinschlüsse oder Dichtevariationen oder Risse oder dergleichen, Oberflächenwelligkei- ten usw. erhalten werden. Bei modernen Verbundkunstoffen oder mit Partikeln versetzten Kunststoffen ist die Erfindung ebenfalls verwenbar. Hier kann beispielsweise die Partikeldichte, die Gleichmäßigkeit der Partikelverteilung, die Qualität des Verbunds überwacht sowie Fehler wie etwa fehlerhafte Verbindungen und Ablösungen bei flächigen Verbundstoffen oder Einschlüsse oder dergleichen erkannt werden.
Eine weitere Verwendung ist das Prozessmonitoring beim Härten, insbesondere Presshärten. Als Anregung dient dabei die Umformung und/oder Erhitzung des Materials. Das Magnetfeld ändert sich während des Abkühlens bzw. während des Um- formens und nach dem Umformen. Durch Erfassen des Magnetfelds können die Kristallisierungsvorgänge beobachtet und ausgewertet werden. Rückschlüsse auf den Kristallisationsgrad und die Gefügestruktur sind möglich oder es kann der Zeitpunkt erfasst werden, bei dem das Material aus der Form lösbar ist, weil der Härte- prozess abgeschlossen ist. Darüber hinaus sind die bereits erwähnten Informationen erhältlich wie Fehler (Rissbildung beim Abkühlen, auch betreffend Mikrosisse, Brüche etc.) und es ist eine Prozessoptimierung möglich durch Erfassung der Materialparameter während einer Variation der Prozessparameter Temperatur, Umform- druck, Erhitzungsgeschwindigkeit, Abkühlgeschwindigkeit, Temperaturprofil als Funktion der Zeit, Umformgeschwindigkeit oder— profil etc.
Auswertetechnisch sieht die Erfindung bevorzugt vor, mit Kennwertvektoren zu arbeiten. Ein Kennwertvektor ist dabei ein n-Tupel aus einzelnen Werten wie Frequenzverteilung, Einfach- oder Mehrfachpeaks, Steigung der Peaks, Magnetfeld etc. Ein derartiger Kennwertvektor kann als Muster aufgenommen werden für bekannte Eigenschaften und anschließend verglichen werden mit bei der Prüfung er- fassten Kennwertvektoren zwecks Bestimmung von Material- und/oder Prozesseigenschaften.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvolumens, insbesondere zur Bestimmung von Eigenschaften eines Werkstücks unter insbesondere magnetischer, mechanischer, thermischer und/oder elektrischer Anregung eines Materialvolumens des Werkstücks, gekennzeichnet durch eine Erfassung des Magnetfelds des Materialvolumens als Funktion der Zeit und der Frequenz mit einer hochfrequenten Auflösung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein ferromagne- tisches Werkstück verwendet wird und das Magnetfeld während des Durchlaufens einer Hälfte der Hysteresekurve, einer vollständigen Hysteresekurve oder mehrerer aufeinanderfolgender Hysteresekurven erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mikromagnetische Reaktion auf die Anregung erfasst wird, und/oder dass die Frequenz- und/oder Zeitauflösung der Anregung und/oder der Erfassung entsprechend der mikromagnetischen Effekte im Materialvolumen gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Reaktion auf die Anregung erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung mit einem magnetischen und/oder elektrischen Wechselfeld und/oder statischem Feld und/oder mittels Wirbelstrominduktion und/oder durch eine Materialverarbeitung wie etwa Induktionshärten und/oder durch Anlegen eines Wechsel- oder Gleichstroms und/oder Anlegen einer Wechsel- und/oder Gleichspannung und/oder durch Materialverformung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material bei der Anregung und/oder dem Erfassen relativ zu einem Sensor und/oder einer Anregevorrichtung ortsfest ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material bei der Anregung und/oder dem Erfassen relativ zu einem Sensor und/oder einer Anregevorrichtung verfahren wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der anregenden Quelle variiert, insbesondere ein Frequenzbereich durchfahren wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anregevorrichtungen und/oder mehrere Magnetfeldsensoren verwendet werden.
10. Vorrichtung zum Beobachten eines Magnetfelds eines Materialvolumens, insbesondere zur Bestimmung von Eigenschaften eines Werkstücks unter insbesondere magnetischer, mechanischer, thermischer und/oder elektrischer Anregung eines Materialvolumens des Werkstücks, gekennzeichnet durch einen Sensor zum Erfassen des Magnetfelds des Materialvolumens als Funktion der Zeit und der Frequenz mit einer hochfrequenten Auflösung.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Anregevorrichtung zur elektrischen, mechanischen, thermischen und/oder magnetischen Anregung des Werkstücks oder eines Materialvolumens des Werkstücks.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung zum dreidimensionalen Auswerten des Magnetfelds im Frequenz-Zeit-Spektrum.
13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zum Prozessmonitoring, insbesondere zur Prüfung eines kontinuierlich zugeführten und/oder hergestellten drahtförmigen oder flächigen Materials oder von Schüttgut, insbesondere beim Drahtziehen.
14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zum Messen des Härte- und/oder Festigkeitsprofils einer Oberfläche, insbesondere einer Oberfläche eines Werkstücks mit kreisförmigem Durchmesser oder einer Schweißnaht.
15. Verfahren, Vorrichtung oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Korrelation der erfassten Signalform mit einer Materialeigenschaft wie etwa Härte, Eigenspannung, Gefügestruktur, Legierungsbestandteile.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017011368A1 (de) 2017-12-11 2019-06-13 Qass Gmbh Verfahren, Vorrichtung, und Komponenten davon, zum Erkennen von Ereignissen in einem Materialbearbeitungs- und/oder Herstellungsprozess unter Verwendung von Ereignismustern

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAPO-SANCHEZ J ET AL: "Magnetic Barkhausen noise measurement by resonant coil method", JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 321, no. 18, 1 September 2009 (2009-09-01), pages L57 - L62, XP026156541, ISSN: 0304-8853, [retrieved on 20090401], DOI: 10.1016/J.JMMM.2009.03.070 *
FRANCO F A ET AL: "NDT flaw mapping of steel surfaces by continuous magnetic Barkhausen noise: Volumetric flaw detection case", NDT & E INTERNATIONAL, BUTTERWORTH-HEINEMANN, OXFORD, GB, vol. 42, no. 8, 1 December 2009 (2009-12-01), pages 721 - 728, XP026546633, ISSN: 0963-8695, [retrieved on 20090621], DOI: 10.1016/J.NDTEINT.2009.06.007 *
HOSSEINI SALEH ET AL: "Application of time-frequency analysis for automatic hidden corrosion detection in a multilayer aluminum structure using pulsed eddy cur", NDT & E INTERNATIONAL, vol. 47, 27 December 2011 (2011-12-27), pages 70 - 79, XP028898670, ISSN: 0963-8695, DOI: 10.1016/J.NDTEINT.2011.12.001 *
L R PADOVESE ET AL: "Time-frequency and time-scale analysis of Barkhausen noise signals", PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS, PART G: JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING, vol. 2007, no. 5, 30 April 2009 (2009-04-30), United Kingdom, pages 9 - 588, XP055338241, ISSN: 0954-4100, DOI: 10.1243/09544100JAERO436 *
PIOTROWSKI L ET AL: "An In-Depth Study of the Barkhausen Emission Signal Properties of the Plastically Deformed Fe-2%Si Alloy", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol. 44, no. 11, 1 November 2008 (2008-11-01), pages 3828 - 3831, XP011240254, ISSN: 0018-9464, DOI: 10.1109/TMAG.2008.2002634 *
R RANJAN ET AL: "Grain size measurement using magnetic and acoustic Barkhausen noise", J. APP. PHYSICS, vol. 61, 15 April 1987 (1987-04-15), pages 3199 - 3201, XP055338861, Retrieved from the Internet <URL:http://lib.dr.iastate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1005&context=ameslab_pubs> [retrieved on 20170125] *
S BARTELDES ET AL: "Residual stress evolution and acoustic emission during lubrication- assisted White Etching Crack (WEC) Formation", 2014 STLE ANNUAL MEETING & EXHIBITION MAY 18-22, 2014 DISNEY'S CONTEMPORARY RESORT LAKE BUENA VISTA, FLORIDA, USA, 22 May 2014 (2014-05-22), XP055338665 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017011368A1 (de) 2017-12-11 2019-06-13 Qass Gmbh Verfahren, Vorrichtung, und Komponenten davon, zum Erkennen von Ereignissen in einem Materialbearbeitungs- und/oder Herstellungsprozess unter Verwendung von Ereignismustern
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US11931842B2 (en) 2017-12-11 2024-03-19 Qass Gmbh Methods, (measuring) devices, and components thereof, for identifying events in a material-processing or material production process using event patterns

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