Einflussfaktoren bei der Messung der Schichtdicke – so vermeiden Sie Fehler
Geometrische und materialbedingte Einflüsse auf die Messgenauigkeit – was sie sind und wie man sie kompensiert.
Moderne Schichtdickenmessgeräte, die nach dem magnetinduktiven Verfahren (DIN ISO 2178) oder dem amplitudensensitiven Wirbelstromverfahren (DIN ISO 2360) arbeiten, sind einfach und schnell zu bedienen. Sonde an das Gerät anschließen, kalibrieren, Sonde aufsetzen, Messwert ablesen, fertig. Die einfache Handhabung darf jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass beide Messverfahren auf einem vergleichenden Messprinzip beruhen. Das Signal vom Messobjekt wird über die im Gerät gespeicherte Kennlinie mit einem Kalibrierstandard verglichen. Das bedeutet, ein Messergebnis ist nur dann korrekt, wenn Kalibrier- und Messbedingungen übereinstimmen. Jede Abweichung, beispielsweise in Geometrie, Rauheit oder Krümmungen, führt zu einer Veränderung des Signals und damit zu systematischen Messabweichungen.
Wie wirkt sich die Geometrie des Bauteils auf die Messergebnisse aus?
Die häufigsten Einflüsse werden durch die Größe und Form (Geometrie) der zu messenden Bauteile verursacht. Das Messfeld durchläuft die Luft, bevor es in die Oberfläche des Bauteils eindringt. An einem Außendurchmesser oder einer konvexen Krümmung ist dieser Luftweg länger als an einer ebenen Fläche; an einem Innendurchmesser oder einer konkaven Fläche ist er kürzer.
Die Ergebnis: Wenn das Gerät auf einer ebenen Fläche kalibriert wird, sind die Messwerte an einem konvexen Außendurchmesser zu hoch und an einem konkaven Innendurchmesser zu niedrig.
Abb. 1: Einfluss: Krümmung, konvexe und konkave Krümmung des zu messenden Objekts
Welche Rolle spielt die Substratdicke?
Ist das Grundmaterial nicht dick genug, dringt das Messfeld der Sonde vollständig in das zu messende Teil ein und verfälscht das Ergebnis. Die Richtung des Fehlers hängt von der Diskrepanz zwischen den Kalibrierungs- und Messbedingungen ab:
Kalibriert auf dünnem Substrat, gemessen auf dickem Substrat → die Messwerte sind zu niedrig.
Kalibriert auf dickem Substrat, gemessen auf dünnem Substrat → die Messwerte sind zu hoch.
Anwender können diese Fehler vermeiden, indem sie auf einem Grundmaterial kalibrieren, das dieselbe Dicke wie das zu messende Teil aufweist.
Abb. 2: Auswirkung: Dicke des Grundmaterials
Welche anderen geometrischen Faktoren müssen berücksichtigt werden?
Weitere geometrische Einflüsse sind die Rauheit der Grundmaterialoberfläche, die Größe der Messfläche und der Abstand der Sonde zu den Kanten des Teils. Die Auswirkungen dieser Einflüsse lassen sich durch die Wahl der geeigneten FISCHER Sonde verringern. Wir beraten Sie gerne dazu.
Abb. 3: Einfluss: Rauhigkeit des Grundmaterials
Abb. 4: Einfluss: Größe der Messfläche und Abstand zum Rand
Wie sollte ich kalibrieren, um diese Einflüsse auszugleichen?
Um geometrische und materialbedingte Einflüsse auszugleichen, gilt für Magnetinduktions- und Wirbelstromgeräte die folgende Grundregel:
Die Kalibrierung sollte zunächst auf dem unbeschichteten Teil der Messfläche erfolgen, anschließend auf dem beschichteten Teil, an dem die Schichtdicke gemessen werden soll.
In Einzelfällen gibt es Ausnahmen von dieser Regel, die sorgfältig abgewogen und durch Probemessungen bestätigt werden sollten. Die patentierten FISCHER Wirbelstromsonden ETD3.3 und FTD3.3 mit Krümmungskompensation sind eine solche Ausnahme: Bei Kalibrierung an einem flachen, nichtmagnetischen Objekt können Messungen ohne Krümmungseinfluss bis zu einem Mindestdurchmesser von 4 mm durchgeführt werden.
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Und bei der Auswahl des passenden Messgeräts und der Sonde steht Ihnen unser Team ebenfalls beratend zur Seite.
