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Auswahlkriterien für Dickenmesser
Dickenmesser werden in vielen Bereichen der Werkstoff- und Produktprüfung eingesetzt.
Sehr häufig benutzt man ein Dickenmessgerät für Maßkontrollen beim Wareneingang, während oder nach dem Auftragen zusätzlicher Schichten und vor dem Warenausgang bzw. der Produktabnahme.
Viele Dickenmesser können zerstörungsfrei messen, einige funktionieren nur wenn eine Stichprobe zerstört wird. Bei der Entscheidung für ein Dickenmessgerät sollten zunächst die Messbedingungen geklärt werden.
- Soll die Gesamtdicke oder die Dicke einer Teilschicht erfasst werden?
- Sind beide oder nur eine der Grenzflächen zugänglich?
- Wird das Dickenmessgerät stationär eingesetzt oder an wechselnden Orten?
- Soll während eines laufendes Prozesses geprüft und ggf. der Prozess beeinflusst werden?
- Welche Genauigkeit wird vom Dickenmesser verlangt?
- Sollen Messwerte gespeichert oder übertragen werden?
Aus dem großen Angebot dieser Dickenmesser kann dann mittels folgender gerätespezifischer Eigenschaften ausgewählt werden:
- Mindestgröße der Messfläche
- Mindestdicke des Materials bzw. des Untergrunds
- für gebogene Messflächen Mindestradius konvex bzw. konkav
- Genauigkeit der Messung
- Kalibriermöglichkeiten
Dickenmesser können nach dem eingesetzten Messprinzip unterschieden werden.
Dickenmessung mit Schablonen, Messschiebern oder Messschrauben
Sehr einfache Dickenmesser sind Schablonen wie Lochschablonen und Rissbreitenlineale. Für die Messung bringt man lediglich die passende Stelle der Schablone an das Messobjekt und liest den Wert ab. Auch Schieblehren und Bügelmessschrauben werden häufig als Dickenmesser eingesetzt. Bei diesen wird durch Schieben oder Drehen der Abstand von festem und beweglichem Messschenkel an die Messstelle angepasst und dann der Wert auf der analogen oder digitalen Anzeige am Dickenmessgerät abgelesen.
Ultraschallbasierte Dickenmesser
Dickenmesser mit Ultraschallsensoren ermitteln die Dicke über die Zeitdauer, mit der der Schall das Objekt durchläuft. Meist sind Ultraschallsender und Ultraschallempfänger in einem Sensor der auf das zu messende Objekt aufgesetzt wird. Der vom Dickenmessgerät gesendete Schall trifft auf die gegenüberliegende Grenzfläche des Objekts, wird reflektiert und vom Empfänger erfasst. Aus der benötigten Zeit und der Schallgeschwindigkeit des Materials berechnet das Dickenmessgerät die durchlaufene Strecke. Sollen kompliziertere Geometrien geprüft werden, kann man Dickenmesser mit getrennten Sende- und Empfangseinheiten einsetzen.
Zur Berechnung der Dicke muss im Dickenmesser die Schallgeschwindigkeit des Materials hinterlegt sein. Bei einigen der Ultraschall Dickenmesser kann der Nutzer Schallgeschwindigkeiten von Werkstoffen über Proben mit bekannter Dicke ermitteln und diese Werte im Gerät erfassen.
Magnetinduktive Dickenmesser und Wirbelstrom Dickenmesser
Sowohl für das magnetinduktive als auch für das Wirbelstromverfahren wird ein metallischer Untergrund benötigt. Viele Dickenmesser für die Erfassung von Schichtdicken auf metallischen Werkstoffen besitzen Kombisensoren oder haben Anschlüsse für externe Sensoren die sowohl magnetinduktive als auch wirbelstrombasierte Messungen ermöglichen. Zur Messung muss der Sensor auf die Messstelle aufgesetzt und das Dickenmessgerät eingeschaltet werden. Zwischen der Entfernung der Sensorspitze zur Grenzfläche des Grundmaterials und der Stärke des Sensorsignals besteht ein direkter Zusammenhang, der vom Dickenmesser als Schichtdicke ausgegeben wird.
Magnetinduktive Dickenmesser erzeugen mit niederfrequentem Strom einen magnetischen Fluss zum ferromagnetischen Grundmaterial. Die Sonde misst dann den durch die nichtferromagnetische Beschichtung erhöhten magnetischen Widerstand. Aus dem Messwert kann im Dickenmesser die Dicke der Beschichtung berechnet werden. Magnetinduktive Dickenmesser können also auf Stahl und Eisen die Dicke aller nichtmagnetischen Beschichtungen bestimmen. Damit ist die Prüfung der Dicke von Korrosionsschutzschichten wie Chrom, Zink, Kupfer, Email-, Lack- oder Kunststoff einfach und zerstörungsfrei möglich.
Dickenmesser mit Wirbelstromverfahren verursachen durch hochfrequenten Strom Wirbelströme im Grundmaterial. Das daraus resultierende Magnetfeld überlagert das Magnetfeld des Sensors schwächer, wenn zwischen Sonde und elektrisch leitfähigem Grundmaterial eine isolierende Schicht aufgebracht ist. Über die Stärke der Änderung des Sensormagnetfeldes kann die Dicke der Beschichtung bestimmt werden. Dickenmesser mit Wirbelstromverfahren messen zerstörungsfrei elektrisch nicht leitende Schichten wie Farbe, Kunststoff, Keramik, Eloxal auf nichtferromagnetischen, aber elektrisch leitendem Substrat. Andererseits können mit einem Wirbelstrom Dickenmessgerät auch elektrisch leitende Schichten wie Aluminium, Kupfer, Gold, Silber auf isolierenden bzw. schlecht leitenden Untergründen wie Glas gemessen werden.
Dickenmesser mit Lasersensoren
Dickenmesser mit Lasersensoren bestimmen die Dicke von Materialien als Differenz aus der Messung bis zum Materialuntergrund und der Messung zur Materialoberfläche. Diese Laser Dickenmesser erfassen die Messwerte sehr schnell und berührungslos. Das ausgestrahlte Laserlicht wird vom Messpunkt reflektiert und dann erfasst und ausgewertet. Mehrere Laser Dickenmesser können parallel zur kontinuierlichen Produktionsüberwachung eingesetzt werden und ermöglichen ein schnelles Eingreifen bei Maßabweichungen. Spezielle Laser Dickenmesser mit blauem Laserlicht eignen sich auch für Messungen an glühenden Teilen sowie an transparenten und organischen Oberflächen.
Dickenmesser mit Röntgenfluoreszenz
Mit der Röntgenfluoreszenzanalyse sind Materialproben qualitativ und quantitativ bestimmbar. Dickenmesser mit Röntgenfluoreszenz erlauben die Bestimmung von Schichtstärken von weniger als 200 Nanometer bis weit über 50 Mikrometer. Das durch Röntgenstrahlung angeregte Material gibt eine für jedes Element charakteristische Fluoreszenzstrahlung ab. Die vom Dickenmesser erfassbare Intensität dieser Röntgenfluoreszensstrahlung wird als Maß für die Schichtdicke ausgewertet. Vorteile dieser Dickenmesser mit Röntgenfluoreszenz sind die schnelle und zerstörungsfreie Messung von Einzel- und Mehrfachschichten, hohe Präzision und Richtigkeit, Unabhängigkeit von magnetischen und elektrischen Eigenschaften des Materials.
Mikroskopische Dickenmessung
Die mikroskopische Schichtdickenmessung kann zur Überprüfung und Kalibrierung aller anderen Dickenmesser genutzt werden. Für diese zerstörende Messung wird eine feingeschliffene Probe benötigt. Die Schleiffläche wird dann unter einem Auflichtmikroskop oder einem Stereomikroskope mit digitalem Bildverarbeitungssystem vermessen. Der Kontrast zwischen den verschiedenen Schichten kann durch Ätzen oder das Zuschalten von UV-Licht erhöht werden.
Beim Querschliff wird die Schichtdicke durch optische Messung an der Querschnittsfläche bestimmt. Das Verfahren, das in DIN EN ISO 1463 geregelt ist, ist für Schichtdicken ab 3 Mikrometer geeignet.
Für dünnere Schichten eignet sich das Schrägschliffverfahren. Die durch den Schrägschliff größere Messfläche kann besser erfasst und dann entsprechend des Schleifwinkels umgerechnet werden. Beim Kalottenschliffverfahren wird die Messfläche durch Anschliff mit einer rotierenden Kugel vergrößert. Damit können physikalisch, chemisch oder galvanisch aufgebrachte Beschichtungen von etwa 0,3 bis 30 µm gemessen werden.
Kalibrierung für Dickenmesser
Die Genauigkeit der Dickenmesser kann mit Kalibrierplatten oder Kalibrierfolien überprüft werden. Dickenmesser mit Sensoren für die Schichtdickenmessung sollten immer auf den spezifischen Untergrund kalibriert bzw. justiert werden damit auf dem unbeschichteten Untergrund die Schichtdicke Null angezeigt wird. Um dies bei verschiedenen Grundmaterialien mit unterschiedlicher Oberfläche zu gewährleisten, haben viele Dickenmesser eine Funktion zur Nullpunktkalibrierung, mit der das Gerät auf das jeweilige Material abgestimmt werden kann. Außerdem sollte das Dickenmessgerät über weitere Kalibrierpunkte verfügen, mit denen er auf die zu prüfenden Messbereiche abgestimmt werden kann.