Kalibrieren von Schichtdickenmessgeräten

 

Kalibrierverfahren

Um die Auswirkungen von bestimmte Fehlerquellen zu eliminieren oder zu minimieren, müssen Schichtdickenmessgeräte in bestimmten Fällen kalibriert werden, um richtig zu messen.

Schematisch lässt sich der Effekt einer Kalibrierung an den beiden folgenden Zeichnungen erklären:
Die linke Zeichnung zeigt die Sonde eines Gerätes, das eine Schicht auf einer ebenen Oberfläche messen soll. Das Gerät ist werksseitig so justiert, dass es auf ebenen Oberflächen ohne zusätzliche Kalibrierung die richtige Schichtdicke anzeigt. Man erkennt, dass die magnetischen Feldlinien aus dem magnetische Pol der Sonde austreten, die unmagnetische Schicht ‘Lack‘ durchdringen und in den Eisenkörper eindringen. Die mittlere Länge der Feldlinien zwischen magnetischem Pol und magnetischem Grundwerkstoff ist dabei proportional der Schichtdicke. Die Messsonde ‚erkennt‘ die Länge der Feldlinien, wandelt sie in ein Messsignal um und zeigt sie als Schichtdicke an.

Wird dieselbe Sonde auf ein zylindrisches Werkstück aufgesetzt (rechte Zeichnung), so erkennt man, dass bei gleicher Schichtdicke die Feldlinien länger sind als bei der ebenen Oberfläche. In diesem schematischen Beispiel würde also eine größere Schichtdicke angezeigt als tatsächlich vorhanden.

Dieser physikalisch verständliche, aber für die Schichtdickenmessung störende Effekt lässt sich durch einen einfachen Vorgang, das Kalibrieren, vollständig ausschalten.

Überall da, wo eine Geometrieänderung einen signifikanten Unterschied von Feldlinienlänge und Schichtdicke hervorruft, ist eine Kalibrierung zweckmäßig.

Bei Messungen nach dem Wirbelstrom-Verfahren sind ähnliche Effekte bei Messungen auf gekrümmten Oberflächen zu beobachten.

Kalibrierarten

Nullung (Ein-Punkt-Kalibrierung)

Der Begriff Einpunkt-Kalibrierung ist gewählt worden, weil die Kennlinie der Sonde nur auf einen Referenzpunkt, nämlich dem Nullwert (Schichtdicke Null), festgelegt wird.

Diese Kalibrierart, auch Nullung genannt, benötigt keine Folien-Standards. Sie wird insbesondere für Messungen an Teilen angewendet, deren Maße kleiner sind als die Standard-Geometrien. Die Einpunkt-Kalibrierung wird auch gewählt, wenn die gewünschte Genauigkeit höher sein soll als bei der Nutzung der Werkskalibrierung.

Die Nullung wird auf einem unbeschichteten Prüfling, der bis auf die Beschichtung dem Prüfobjekt entspricht, durch mehrmaliges Aufsetzen der Sonde durchgeführt, an möglichst der gleichen Stelle, an der später auch gemessen werden soll.

Folien-Kalibrierung (Zweipunkt-Kalibrierung)

Diese Kalibrierart benötigt eine Kalibrierfolie, dessen Dicke möglichst genau bekannt sein sollte. Sie wird gewählt, wenn die gewünschte Genauigkeit höher sein soll als bei einer Nullung. Durch eine vor der Folienkalibrierung durchzuführende Nullung und durch das Aufsetzen der Sonde auf eine Kalibrierfolie wird die Kennlinie der Sonde auf zwei Punkte festgelegt; daher wird diese Kalibrierart auch Zweipunkt-Kalibrierung genannt.

Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, ist es notwendig, zum Kalibrieren ein Folien-Standard zu wählen, dessen Dicke etwas über der zu erwartenden Schichtdicke liegt, jedoch nicht dicker als das 1,5fache.

Für die Zweipunkt-Kalibrierung muss zunächst genullt werden. Anschließend wird mit der Kalibrierfolie eine weitere Kalibrierung durchgeführt. Hierzu wird die Folie auf den unbeschichteten Prüfling gelegt und die Sonde an der gleichen Stelle aufgesetzt, an der vorher genullt wurde. Nach mehrmaligem Aufsetzen der Sonde wird mit den Pfeiltasten am Gerät der angezeigte Dickenwert soweit verändert, dass er dem Dickenwert der Folie entspricht. Nun kann auf gleichartigen Messgegenständen gemessen werden.

Zweifolien-Kalibrierung

Diese Kalibrierart wird besonders zur Messung bei rauen, z. B. gestrahlten Grundwerkstoffen eingesetzt. Sie eignet sich auch bei schwach magnetischen Grundwerkstoffen, wenn entweder nach dem magnet-induktiven Verfahren oder nach dem Wirbelstrom-Verfahren gemessen wird.

Bei dieser Kalibrierart werden zwei verschieden dicke Kalibrierfolien verwendet. Die Dicke der Folien soll so gewählt werden, dass die dünnere Folie das 0,5- bis 0,9-fache der zu erwartenden Schichtdicke und die dickere Folie das 1,1- bis 1,5-fache der zu erwartenden Schichtdicke ist. Bei der Zweifolien-Kalibrierung werden zwei Referenzpunkte der Sondenkennlinie festgelegt, nämlich bei dem dünneren und bei dem dickeren Folienwert.